CN104141061B - 一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征在于将CuAl合金粉与Cu2O粉按比例混合均匀，将混合粉末进行高速压制成形，所得压坯置于气氛烧结炉中，依次进行内氧化-还原烧结一体化处理，制备Al2O3弥散强化铜合金。本发明工艺过程简单，制备的合金性能与以热挤压等变形加工方法制备的合金性能相当，实现了短流程、低成本制备性能优异的Al2O3弥散强化铜合金，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金的制备方法，特别是一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法。属于粉末冶金技术领域。
背景技术
Al2O3弥散强化铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，具有高强度、高导电性、高导热性和高耐磨性等优点，可广泛应用于电力、电子、机械等工业领域，如用作集成电路的引线框架、大型电气机车的架空导线、连铸机结晶器内衬和电阻焊电极等。传统Al2O3弥散强化铜合金的制备工艺流程为：CuAl合金+氧源（Cu2O）→混合→等静压成形→内氧化→还原→烧结→热挤压→拉拔→合金。整个工艺存在流程复杂、原材料利用率低、能耗大、产品稳定性差和成本高等问题。
高速压制技术是一种极具优势的粉末成形技术，兼具动态压制的高冲击能量和传统压制的高效平稳等共同特征，可实现冷态下粉末的高致密成形和连续化生产，具有成本低、压坯密度高且分布均匀、低弹性后效和高精度等特点。基于高速压制易于获得高致密度压坯的特性，将内氧化工艺与高速压制技术相结合有望开发一种短流程、低成本制备Al2O3弥散铜合金的新技术。
CN201310241358.9以Al2O3弥散强化铜粉为原料，通过高速压制成形和烧结制备Al2O3弥散强化铜合金。
CN201410132722.2通过内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金粉，经过低冲击速度下高速压制成形、预烧结和高冲击速度下高速复压和高温烧结制备Al2O3弥散强化铜合金。但在这些专利中，用于高速压制成形的原料均为内氧化法制得的Al2O3弥散强化铜粉末。而CuAl合金粉末在内氧化时由于放热反应容易发生结块现象，而且结块现象随合金中Al含量的增加会变得更加严重。为了获得Al2O3弥散强化铜粉末，必须将内氧化后板结的粉料破碎、筛分及还原。此外，随着合金中Al2O3含量的增加，Al2O3弥散强化铜粉末的成形性也显著变差。对于Al2O3质量含量大于1%的弥散强化铜粉末，即使采用高速压制技术也难以获得高的压坯致密度。
本发明将内氧化法和高速压制相结合，先对CuAl合金粉和Cu2O粉的混合粉末进行高速压制成形，然后进行内氧化-还原烧结一体化处理，在此处理过程中实现Al2O3弥散强化铜粉末的制备和烧结致密化，开发出一种短流程制备高性能Al2O3散铜合金的新技术，不仅节省了常规制备Al2O3弥散铜合金所需的挤压、拉拔或破碎、筛分等流程，大大简化了制备工艺，降低了制造成本，而且可以制备Al2O3质量含量超过1%的弥散强化铜合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al2O3弥散强化铜合金的短流程制备方法，以简化其制备流程，降低其制造成本。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
步骤1：以CuAl合金粉为原料，以Cu2O为氧化剂，按比例进行配料后，将粉末混合均匀；
步骤2：将混合粉末进行高速压制成形；
步骤3：将所得压坯置于气氛烧结炉中，依次进行内氧化-还原烧结一体化处理，制备Al2O3弥散强化铜合金。
所述混合粉末以CuAl合金粉中的Al含量计，加入其质量8.0~8.8倍的Cu2O粉。
所述CuAl合金粉末中Al元素的质量百分含量为0.15～1.95%。
所述混合粉末压坯的冲击速度为7.7～8.5m/s，冲击能量与装粉量之比为1246～1510J:20g。
所述内氧化-还原烧结一体化处理是在气氛烧结炉中依次在氮气中900℃处理1h和氢气中1040~1080℃处理1h。
常规内氧化法添加的Cu2O粉为理论添加量的1.20~1.30倍，本发明为理论添加量的1.00~1.10倍；本发明采用高速压制成形能获得高致密度的压坯，有利于通过添加较少的Cu2O粉即实现充分的内氧化，从而能保证制备合金的均匀性、高硬度和高导电性。
本发明将内氧化法和高速压制相结合，通过高速压制实现混合粉末的高致密成形，在气氛烧结炉中依次进行内氧化和还原烧结一体化处理，制备Al2O3弥散强化铜合金。与传统内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金的工艺相比，本发明大大简化了Al2O3弥散强化铜合金的制备工艺，省去了热挤压和拉拔等变形加工工序或制粉过程中的破碎、筛分等工序，可有效提高材料利用率及成品率，降低了其制造成本。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。
实施例1
以市售的-100目、Al质量含量0.15%的水雾化CuAl合金粉为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，在CuAl合金粉中加入其所含Al质量8.0倍的Cu2O粉，在V型混料机中充分混合后，采用冲击速度为7.7m/s，冲击能量与装粉量之比为1246J:20g高速压制混合粉末制备压坯，将压坯置于气氛烧结炉中，依次在氮气中900℃处理1h，氢气中1040℃处理1h，制备Al2O3弥散强化铜合金。经测试，其导电率为88%IACS，硬度为70HRB。
实施例2
以市售的-100目、Al质量含量0.18%的水雾化CuAl合金粉为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，在CuAl合金粉中加入其所含Al质量8.2倍的Cu2O粉，在V型混料机中充分混合后，采用冲击速度为7.9m/s，冲击能量与装粉量之比为1325J:20g高速压制混合粉末制备压坯，将压坯置于气氛烧结炉中，依次在氮气中900℃处理1h，氢气中1060℃处理1h，制备Al2O3弥散强化铜合金。经测试，其导电率为86%IACS，硬度为75HRB。
实施例3
以市售的-100目、Al质量含量0.55%的水雾化CuAl合金粉为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，在CuAl合金粉中加入其所含Al质量8.5倍的Cu2O粉，在V型混料机中充分混合后，采用冲击速度为8.3m/s，冲击能量与装粉量之比为1458J:20g高速压制混合粉末制备压坯，将压坯置于气氛烧结炉中，依次在氮气中900℃处理1h，氢气中1070℃处理1h，制备Al2O3弥散强化铜合金。经测试，其导电率为78%IACS，硬度为85HRB。
实施例4
以市售的-100目、Al质量含量1.96%的水雾化CuAl合金粉为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，在CuAl合金粉中加入其所含Al质量8.8倍的Cu2O粉，在V型混料机中充分混合后，采用冲击速度为8.5m/s，冲击能量与装粉量之比为1510J:20g高速压制混合粉末制备压坯，将压坯置于气氛烧结炉中，依次在氮气中900℃处理1h，氢气中1080℃处理1h，制备Al2O3弥散强化铜合金。经测试，其导电率为61%IACS，硬度为88HRB。
Claims (5)
1.一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征在于由以下步骤组成：
步骤1：以CuAl合金粉为原料，以Cu2O为氧化剂，按比例进行配料后，将粉末混合均匀；
步骤2：将混合粉末进行高速压制成形；
步骤3：所得压坯置于气氛烧结炉中，依次进行内氧化-还原烧结一体化处理，制备Al2O3弥散强化铜合金。
2.根据权利要求1所述的氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征是所述混合粉末以CuAl合金粉中的Al含量计，加入其质量8.0~8.8倍的Cu2O粉。
3.根据权利要求1或2所述的氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征是所述CuAl合金粉中Al元素的质量百分含量为0.15～1.95%。
4.根据权利要求1所述的氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征是混合粉末压坯的冲击速度为7.7～8.5m/s，冲击能量与装粉量之比为1246～1510J:20g。
5.根据权利要求1所述的氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法，其特征是所述内氧化-还原烧结一体化处理是在气氛烧结炉中依次在氮气中900℃处理1h和氢气中1040～1080℃处理1h。
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