CN105483419A - 一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法，在不添加氧化剂的条件下进行外氧化生成氧化剂制备铜铝粉，所述方法包括铜铝合金的熔炼、雾化制粉、外氧化制备、真空内氧化烧结、热挤压成型、拉拔或旋锻加工成型等工艺过程。具有工艺流程短、生产成本低、适宜工业化生产等优点。制备的产品抗拉强度大于500MPa，导电率超过80%IACS，硬度大于80HRB，软化温度高于850℃，具有较高的力学性能，良好的导电性和抗高温软化性能。本发明制备的Al2O3/Cu复合材料可应用于点焊电极、电阻焊电极、导电弹性材料和集成电路引线框架、微波管结构和连续铸钢结晶器等场合。

Description

一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法,属于金属基复合材料技术领域。
背景技术
弥散强化铜基复合材料因具有高的强度和高的传导性，在电子，电力，航空，制造等领域得到了广泛的应用。特别是因其具有抗高温软化性能，在接近于850-950℃温度下，强度和硬度仍能保持室温状态的85%以上。良好的抗高温软化性能，使得弥散强化铜基复合材料正逐渐替代Cu-Zr、Cu-Cr-Zr、Cu-Be等传统铜合金应用于点焊电极、电阻焊电极、导电弹性材料和集成电路引线框架、微波管结构和连续铸钢结晶器等抗高温软化性能要求高的场合。
弥散强化铜基复合材料的强化相主要有：Al2O3，TiB2，WC，金刚石，石墨，纳米碳管等。其中Al2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的研究和应用最为广泛，其制备方法主要有：熔铸，熔渗，粉末冶金，机械合金化，内氧化，反应合成原位复合等方法。其中内氧化法是应用最为成熟的方法，美国SCM公司在1973年采用内氧化法成功商业化制备了Al2O3/Cu复合材料，但对技术进行严格的保密。内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的工艺流程主要为：将铜铝固熔合金熔炼后雾化制粉，混入氧化剂Cu2O粉，混合的粉加热至高温使Cu2O分解将Al氧化成Al2O3，在氢气或分解氨气氛中还原多余的氧，将粉末压制成坯或锭后将其热挤压成所需形状，拉拔成型。然而，内氧化法存在工艺周期较长，生产成本较高，涉及工序多，氧化时间难以控制等问题。
我国对弥散强化铜基复合材料的研究始于20世纪80年代，研究起步较晚，主要问题是性能偏低，成本高，且多数仍停留在实验室阶段，难以实现规模化生产，导致我国的高端制造业在需要应用弥散强化铜基复合材料的场合仍以进口为主，严重制约和限制了我国的高端制造业发展。因此，开发一种工艺流程短，生产成本低，适宜工业化生产的制备Al2O3/Cu复合材料的方法是非常重要的。
发明内容
为了解决内氧化法存在的工艺周期长，生产成本高，涉及工序多，氧化时间难以控制等不足，本发明提出一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法。
本发明的技术方案是，在不添加外氧化剂Cu20的条件下，进行外氧化生成氧化剂制备铜铝粉；所述方法包括下列步骤：
（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为0.01%-1.2%，余料为铜的比例配置熔炼原料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；
（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺寸为100目-400目；
（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu2O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通过烘箱加热至200℃-400℃，保温30-200min，外氧化制备氧化剂Cu2O。观察到铜铝粉的颜色出现砖红色为宜（Cu2O颜色）；
（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧结，温度800℃-1000℃，保温时间0.5-8h；
（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在800℃-1000℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料或板料等，挤压力400-2000t；
（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所需成品。
本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料组织的扫描电镜图如图2所示，本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料断口的扫描电镜图如图3所示。
与其他的制备弥散强化铜基复合材料工艺方法相比，本发明有以下优点：
1、不需添加氧化剂Cu20，通过外氧化生成氧化剂制备铜铝粉，省去了外加氧化剂的添加；
2、真空条件下进行内氧化烧结，省去了多余氧的还原过程。
本发明的有益效果是，本发明方法所采取的技术路线缩短了工艺流程，降低了生产成本，适宜工业化生产。采用本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料的抗拉强度大于500MPa，导电率超过80%IACS，硬度大于80HRB，软化温度高于850℃，具有较高的力学性能，良好的导电性和抗高温软化性能。
本发明制备的Al2O3/Cu复合材料可应用于点焊电极、电阻焊电极、导电弹性材料和集成电路引线框架、微波管结构和连续铸钢结晶器等场合。
附图说明
图1是本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料的工艺流程；
图2是本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料组织的扫描电镜图；
图3是本发明制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料断口的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。
本发明具体实施方式如图1所示。
实施例1
（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为0.2%，余料为铜的比例配置熔炼原料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；
（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺寸为100目；
（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu2O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通过烘箱加热至300℃，保温50min，外氧化制备氧化剂Cu2O。观察到铜铝粉的颜色出现砖红色为宜（Cu2O颜色）；
（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧结，温度900℃，保温时间2h；
（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在900℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料或板料等，挤压力500t；
（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所需成品。
实施例2
（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为0.5%，余料为铜的比例配置熔炼原料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；
（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺寸为200目；
（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu2O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通过烘箱加热至300℃，保温60min，外氧化制备氧化剂Cu2O。观察到铜铝粉的颜色出现砖红色为宜（Cu2O颜色）；
（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧结，温度850℃，保温时间1.5h；
（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在850℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料或板料等，挤压力800t；
（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所需成品。
实施例3
（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为1%，余料为铜的比例配置熔炼原料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；
（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺寸为400目；
（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu2O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通过烘箱加热至400℃，保温60min，外氧化制备氧化剂Cu2O。观察到铜铝粉的颜色出现砖红色为宜（Cu2O颜色）；
（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧结，温度950℃，保温时间3h；
（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在950℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料或板料等，挤压力800t；
（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所需成品。

Claims (1)

1.一种高强高导氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于，其工艺过程包括以下步骤：
（1）铜铝合金的熔炼：以含Al的质量分数为0.01%-1.2%，余料为铜的比例配置熔炼原料，通过真空中频感应熔炼的方法，将合金原料熔炼成铜铝固溶合金；
（2）铜铝粉末的制备：将铜铝固溶合金通过氮气雾化或水雾化制备成铜铝粉末，粉末尺寸为100目-400目；
（3）外氧化制备铜铝粉：在不添加外氧化剂Cu2O的条件下，将雾化后的铜铝合金粉末通过烘箱加热至200℃-400℃，保温30-200min，外氧化制备氧化剂Cu2O；观察到铜铝粉的颜色出现砖红色为宜；
（4）真空内氧化烧结：将外氧化后的铜铝粉末包套压制后在真空条件下进行内氧化烧结，温度800℃-1000℃，保温时间0.5-8h；
（5）热挤压成型：将烧结后的包套坯在800℃-1000℃条件下热挤压成圆形棒料、方形料或板料等，挤压力400-2000t；
（6）拉拔或旋锻加工成型：将挤压后的坯料进行拉拔或旋锻加工成型，按规格制备成所需成品。
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