CN105039768A - 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法 - Google Patents

溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105039768A
CN105039768A CN201510531502.1A CN201510531502A CN105039768A CN 105039768 A CN105039768 A CN 105039768A CN 201510531502 A CN201510531502 A CN 201510531502A CN 105039768 A CN105039768 A CN 105039768A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
blank
strength
vacuum
sol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510531502.1A
Other languages
English (en)
Inventor
付亚波
陈虹宇
徐鑫磊
王柳幸
徐爱娇
张平
霍顔秋
张梦贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taizhou University
Original Assignee
Taizhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taizhou University filed Critical Taizhou University
Priority to CN201510531502.1A priority Critical patent/CN105039768A/zh
Publication of CN105039768A publication Critical patent/CN105039768A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明开发了一种溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法。硝酸铝中与氨水反应生成氢氧化铝溶胶凝胶，与铜粉充分搅拌后进行行星球磨，放入真空炉内分解得到微纳米氧化铝，压制成型、真空致密性烧结后再冷变形，于真空烧结炉内950℃-980℃热处理100-140分钟，快速水冷20秒以提高产品的强度。最后将坯料加工成规定的尺寸获得成品。性能指标具有高强高导铜合金材料的特点。本方法的优点是消除了内氧化法加入氧源的危害，没有引入杂质氧源而降低材料的导电率、高温强度等。胶体与铜粉达到分子级结合，形成的强化相氧化铝能均匀分布在铜粉中，性能稳定，无氧化物夹杂，成本低。

Description

溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别涉及溶胶凝胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜的制备方法。
背景技术
纳米弥散强化铜合金，又称氧化铝铜(Cu-Al2O3)，是一种优异的高强、高导材料，可用做电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线(电车线)、热核实验反应堆(ITER)偏滤器垂直靶散热片、高脉冲磁场导体材料等，并且在这些领域有着其它材料不可替代的优势,比铬锆铜材料具有更优秀的高强高导及高温稳定性,是重要的新型备选材料。
由于纳米级Al2O3对基体铜的弥散强化作用，该合金具有高强度、高硬度、高导电率及高软化温度等特性。常温硬度高，随着温度升高，硬度下降幅度小，高温抗蠕变性能好。热、电传导率高，加工性能优良。软化温度高达930℃，导电率高达85％IACS，散热性能介于钨铜(220W/m.k)以及纯铜(390W/m.k)之间。强度高，疲劳性能和耐磨性能好。
常见的制备方法为内氧化法等。美国SCM公司采用内氧化法，已形成月产18吨、四种牌号(C15710、C15720、C15735、C15760)Cu-Al2O3的生产规模，含Al2O30.2％的铜合金，导电率达90％IACS，弹性模量为108GPa，室温强度为500MPa。含Al2O31.2％的铜合金，导电率达80％IACS，弹性模量为140GPa，室温强度为620MPa。目前德国、俄罗斯、日本弥散强化铜合金均能工业化生产，而生产工艺仍然处于保密中。国内广州某研究院正在中等规模试验用内氧化法生产弥散强化铜。其它科研院、公司由于存在批量生产性能不稳定等问题，相继放弃该项目。因此，国内弥散强化铜棒材事实上依然依赖进口，在军用高端电真空和无冷却超强电流线圈、导体(如电磁炮元件)领域，受到国外的进口限制。
目前已有的材料及制备技术中，存在的主要问题是：质量不稳定，如内氧化法因氧扩散不完全造成质量不稳定，氧源如果不能完全还原，杂质氧会影响导电率、高温强度，特别是作为电真空元件的材料使用时会出现氢脆现象，出现裂纹；氧化铝分布不均匀；内氧化法工序复杂、成材率低使成本难以降低。因此，需要开发一种质量稳定、低成本、纳米氧化铝易均匀分布的新方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种成本低、短流程、微纳米氧化铝均匀分布、质量稳定的氧化铝弥散强化铜的制备方法。
本发明提供了溶胶凝胶法制备纳米弥散强化铜的方法，用硝酸铝与氨水反应，生成氢氧化铝胶体，将铜粉与胶体混合均匀后行星球磨，加热获得微纳米尺寸的纳米氧化铝，压制后烧结，然后一次冷加工、热处理，再冷加工至成品尺寸，获得微纳米氧化铝均匀分布的弥散强化铜的棒坯。
本发明采用的技术方案如下：
一种溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法，包括铜和纳米Al2O3和杂质元素；各成分比例为：铜99.6-99.2wt.％；纳米Al2O3：0.02-1.5wt.％；杂质元素低于0.06wt.％，成份包括铁、铅、硼，铁≤0.01wt％，铅≤0.01wt％，硼≤0.008wt％，杂质元素。本合金中，添加了纳米Al2O3做为弥散强化相，具有熔点高、高温稳定性能好、硬度高，能以纳米级尺分布于铜基体中，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此，可以有效地阻碍位错运动和晶界滑移，提高室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性能。
本发明提供的一种氧化铝弥散强化铜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备氢氧化铝胶体：硝酸铝与氨水反应生成氢氧化铝溶胶，PH＝9；
(2)混合：加入尺寸20-80微米的铜粉于胶体中，充分搅拌30-50分钟后静置，得到沉淀物；
(3)球磨：沉淀物装入行星球磨机中搅拌5-8小时，球料比为2：1，密封处理防止氧化。
(4)微纳米氧化铝的形成：将球磨好的粉末放入真空炉内，加入2％木炭防止氧化并通入氩气保护，加热至300-400℃保温60-70分钟。
(5)压制成型：将粉末在200-300MPa压强下保压20-30分钟，得到压制坯料。
(6)致密性烧结：将压制坯料在940-990℃进行真空致密性烧结60-90分钟，随炉冷却。
(7)一次冷加工：将坯料在冷压机上变形30％以上，坯料的相对密度提高到97％以上。
(8)热处理：将冷加工后的坯料于真空烧结炉内950℃-980℃真空再结晶热处理100-140分钟，快速水冷20秒。再结晶热处理过程中，坯料中的铜和氧化铝晶粒长大，微小的缺陷减少，塑性提高，相对密度提高到99％以上；而快速水冷能够充分发挥氧化铝弥散质点的强化作用，提高了产品的强度；该步骤能够一次性完成铜再结晶和氧化铝的α相晶型固溶，铜基体再结晶能够消除微观缺陷，氧化铝的α相晶型固溶能够改善产品的导电率和加工硬化率，实现产品的高强度。
(9)二次冷加工：将坯料变形50％以上加工至规定的尺寸，进一步提高棒坯强度。
与现有技术相比，本发明消除了内氧化法加入氧源的危害，没有引入杂质氧源而降低材料的导电率、高温强度等。胶体与铜粉达到分子级结合，形成的强化相氧化铝能均匀分布在铜粉中，性能稳定，无氧化物夹杂，成本低，适用于工业化连续生产。
附图说明
图1是溶胶凝胶法制备的氢氧化铝与铜粉的胶体。
图2是烧结后的扫描电镜形貌，表面含有纳米氧化铝颗粒。
具体实施方式
实施例1
硝酸铝2.4克中滴入氨水使PH＝9，反应生成氢氧化铝溶胶凝胶；加入尺寸50微米铜粉1600克于胶体中，充分搅拌30分钟后静置，得到沉淀物；沉淀物装入行星球磨机中搅拌5小时，球料比为2：1，密封处理防止氧化；将球磨好的粉末放入真空炉内，加入2％木炭防止氧化并通入氩气保护，加热至350℃保温60分钟；将粉末在200MPa压强下保压30分钟，冷加工后得到压制坯料。将压制坯料在950℃进行真空致密性烧结60分钟，得到致密性烧结坯料。将坯料在冷压机上变形30％，坯料的相对密度提高到97％以上。将冷加工后的坯料于真空烧结炉内950℃热处理100分钟，快速水冷15秒，提高产品的强度。将坯料压制变形75％后获得成品。产品经检测，性能指标为：洛氏硬度80HRB，抗拉强度620Mp，断后伸长率(短标距)10％，导电率78％IACS，软化温度860℃，具有高强高导铜合金材料的特点。

Claims (1)

1.一种溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法，包括以下步骤，其特征在于：
(1)制备氢氧化铝胶体：硝酸铝与氨水反应生成氢氧化铝溶胶，PH＝9；
(2)混合：加入尺寸20-80微米的铜粉于胶体中，充分搅拌30-50分钟后静置，得到沉淀物；
(3)球磨：沉淀物装入行星球磨机中搅拌5-8小时，球料比为2：1，密封处理防止氧化；
(4)形成微纳米氧化铝：将球磨好的粉末放入真空炉内，加入2％木炭防止氧化并通入氩气保护，加热至300-400℃保温60-70分钟；
(5)压制成型：将粉末在200-300MPa压强下保压20-30分钟，得到压制坯料；
(6)致密性烧结：将压制坯料在940-990℃进行真空致密性烧结60-90分钟，随炉冷却；
(7)一次冷加工：将坯料在冷压机上变形30-50％；
(8)热处理：将冷加工后的坯料于真空烧结炉内940℃-970℃真空再结晶热处理100-140分钟，快速水冷15秒以下；
(9)二次冷加工：将坯料加工成规定的尺寸，进一步提高棒坯强度，加工率为50-80％。
CN201510531502.1A 2015-08-26 2015-08-26 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法 Pending CN105039768A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510531502.1A CN105039768A (zh) 2015-08-26 2015-08-26 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510531502.1A CN105039768A (zh) 2015-08-26 2015-08-26 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105039768A true CN105039768A (zh) 2015-11-11

Family

ID=54446737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510531502.1A Pending CN105039768A (zh) 2015-08-26 2015-08-26 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105039768A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108947501A (zh) * 2018-09-08 2018-12-07 洛阳科创新材料股份有限公司 一种长寿命水口座砖的制备方法
CN110355363A (zh) * 2019-08-16 2019-10-22 苏州金江铜业有限公司 一种氧化铝铬锆铜复合材料的制备方法
CN114406274A (zh) * 2021-12-30 2022-04-29 英特派铂业股份有限公司 一种纳米增强相弥撒强化铂的制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5980741A (ja) * 1982-10-28 1984-05-10 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 分散強化型合金の製造方法
CN102031401A (zh) * 2011-01-04 2011-04-27 合肥工业大学 一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法
CN102787250A (zh) * 2012-08-15 2012-11-21 河北工业大学 双相纳米颗粒弥散强化铜基复合材料的制备方法
CN103981381A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 一种溶胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
CN104532051A (zh) * 2014-11-28 2015-04-22 付亚波 一种纳米颗粒搅拌法制备弥散强化铜及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5980741A (ja) * 1982-10-28 1984-05-10 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 分散強化型合金の製造方法
CN102031401A (zh) * 2011-01-04 2011-04-27 合肥工业大学 一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法
CN102787250A (zh) * 2012-08-15 2012-11-21 河北工业大学 双相纳米颗粒弥散强化铜基复合材料的制备方法
CN103981381A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 一种溶胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
CN104532051A (zh) * 2014-11-28 2015-04-22 付亚波 一种纳米颗粒搅拌法制备弥散强化铜及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘柏雄等: "溶胶-凝胶法制备Al2O3弥散强化铜基复合材料", 《铸造》 *
李斌等: "弥散强化铜合金的研究现状", 《材料导报Ａ：综述篇》 *
贾燕民: "ODS合金的制备及性能研究", 《西安交通大学 硕士学位论文》 *
韩凤麟等: "《中国材料工程大典 第14卷 粉末冶金材料工程》", 31 January 2006, 化学工业出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108947501A (zh) * 2018-09-08 2018-12-07 洛阳科创新材料股份有限公司 一种长寿命水口座砖的制备方法
CN110355363A (zh) * 2019-08-16 2019-10-22 苏州金江铜业有限公司 一种氧化铝铬锆铜复合材料的制备方法
CN114406274A (zh) * 2021-12-30 2022-04-29 英特派铂业股份有限公司 一种纳米增强相弥撒强化铂的制作方法
CN114406274B (zh) * 2021-12-30 2023-07-14 英特派铂业股份有限公司 一种纳米增强相弥撒强化铂的制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102534334B (zh) 一种高强高韧钼合金的制备方法
CN112011702B (zh) 采用微米陶瓷颗粒制备纳米相增强镍基高温合金的方法
WO2019153953A1 (zh) 铜材料及其制备方法
CN104325130B (zh) 一种防腐蚀铜基粉末冶金材料及其制备方法
CN108941537B (zh) 一种电子束3d打印特种高温合金的方法
CN114134385B (zh) 一种难熔中熵合金及其制备方法
CN110273092A (zh) 一种CoCrNi颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN101831568A (zh) 粉末冶金法制备耐超高温铱合金的方法
CN115044794B (zh) 一种具有优异性能的Cu-(Y2O3-HfO2)合金及其制备方法
CN105039768A (zh) 溶胶凝胶法制备高强高导纳米弥散强化铜的制备方法
CN101397617A (zh) 一种纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备方法
Zhang et al. Tensile properties and deformation behavior of an extra-low interstitial fine-grained powder metallurgy near alpha titanium alloy by recycling coarse pre-alloyed powder
CN113025844B (zh) 高温钛合金及其制备方法
CN103934453B (zh) 利用改性金属粉末锻造汽油机连杆毛坯的方法
CN112159909B (zh) 一种通过高温热处理提高bn纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法
CN105039776A (zh) 一种点焊电极用弥散强化铜基复合材料及其制备方法
CN115125431B (zh) 一种细化低活化铁素体马氏体钢组织的方法
CN106399742A (zh) 一种Cu‑NbC纳米弥散强化铜合金及其制备方法
CN102732747A (zh) 以TiH2粉为原料粉末冶金法制备Ti-24Nb-8Sn合金的方法
CN104032152A (zh) 一种Cu-Nb纳米弥散强化铜合金的制备方法
CN109371304B (zh) 一种原位生成碳化钼强化钼基复合材料及其制备方法
CN111004942A (zh) 一种纳米网络状结构TiBw/Ti复合材料及制备方法
CN114734034B (zh) 一种粉末注射成型β型钛合金喂料的制备方法
CN116770038B (zh) 一种高性能紧固件的制备方法及紧固件
CN115612890B (zh) 一种Mo2C颗粒增强CuCrZr复合材料及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151111