CN106521205A - 一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，其步骤为：将Cu‑Al合金粉与Cu2O粉按照一定比例混合均匀，将混合粉末置于冷等静压模具中，在300‑400MPa，保压时间1‑5分钟的条件下进行冷等静压成型，随后进行烧结和内氧化。烧结处理后，随炉冷却至室温，得到氧化铝弥散强化铜基复合材料。本发明特点是避免了传统工艺中的还原与热挤压工艺。本发明方法制备氧化铝弥散强化铜工艺过程简单，节省能源，成本低，适合于批量生产，制得的氧化铝弥散强化铜基复合材料具有较好的导电率和硬度。

Description

一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
纯铜材料具有优良的导电导热性能，但是其强度低，极大程度的限制了其应用领域，氧化铝弥散强化铜是一类具有优良导电性能和力学性能的复合材料，被广泛的运用于集成电路引线框架，连铸机结晶器内衬，高速电气化铁路架空导线和电阻焊电极等，目前已经日益成为人们研究的热点。氧化铝弥散强化铜基复合材料是向铜基体中引入细小弥散分布的氧化铝颗粒作为增强相，强化铜基体的复合材料。传统的氧化铝弥散强化铜合金的制备工艺流程为 ：Cu-Al合金+氧源（Cu2O）混合均匀→内氧化→破碎筛分→还原→破碎筛分→压制成型→真空烧结成坯→锭坯包套→抽真空、封口→热挤压→拉拔。整个工艺存在流程复杂，周期长，工艺过程难以控制，能耗大，成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供的一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的短流程制备方法，以简化其制备流程，降低其制造成本。
本发明是一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，其特征在于具有如下的制备过程：
a，以水雾化法制备的Cu-Al合金粉为原料，其中Al元素的质量分数为0.2-0.6%；以Cu2O为氧化剂，Cu2O实际加入量为Cu-Al合金粉中Al被完全氧化所需Cu2O理论质量的0.7-0.9倍；将所述原料充分混合，混粉时间为12-16小时；
b，将上述混合粉末置于用于冷等静压成形的模具中，依次进行冷等静压成形、冷等静压的压强为300-400MPa；保压时间为1-5min；
c，对步骤b所得的冷等静压成形棒材，在电阻炉内对等静压试样烧结和内氧化，烧结处理是在高纯氮气保护下950-1000℃处理1-2h，随炉冷却至室温，随后对得到的棒材进行机加工或线切割处理，制备得到氧化铝弥散强化铜基复合材料。
本发明与传统内氧化制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的工艺相比，不仅省去对内氧化后的粉末中剩余的Cu2O进行氢还原，破碎筛分，热挤压等工艺流程，而且将内氧化与冷等静压后的烧结过程融合为一个过程，大大缩短了工艺流程，节省了大量的还原性气体（氢气），避免了额外添加的设备，降低了制造成本，提高了收益，减少了能耗；而且减少了中间环节造成的氧污染，所得成品性能优异，产品质量稳定。采用本发明方法制备的弥散强化铜基复合材料，导电率大于79%IACS，维氏硬度超过115HV，具有较好的力学性能及导电性能。
附图说明
图1是本发明优选实施例1中，内氧化后试样经浓硝酸腐蚀后剩余粉末的XRD（X 射线衍射）图。
图2是本发明优选实施例2中，冷等静压烧结后所得棒材的SEM（扫描电镜）图。
图3是本发明优选实施例3中，冷等静压烧结后的所得棒材的SEM（扫描电镜）和EDS（能谱）图。
图4是本发明优选实施例3所制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
以湖南华邦粉末材料有限公司生产的-300目、Al质量含量为0.2%的水雾化Cu-Al合金粉末为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，Cu2O实际加入量为Al被完全氧化所需Cu2O理论质量的0.9倍，在滚筒混粉机中混合16小时。将混合粉末置于用于冷等静压成形的模具中，依次进行冷等静压成形、冷等静压的压强为325MPa；保压时间为5min，烧结处理是在电阻炉中在高纯氮气保护下950℃处理1h，随炉冷却至室温，线切割下若干边长为3mm的小方块，用浓硝酸腐蚀后，过滤得到残留粉末，用XRD(X射线衍射）对粉末检测，结果如附图1。随后将剩余复合材料机加工成规则圆柱状，经测试，其导电率为85%IACS（国际退火铜标准），维氏硬度为115HV。
实施例2
以湖南华邦粉末材料有限公司生产的-300目、Al质量含量为0.4%的水雾化Cu-Al合金粉末为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，Cu2O实际加入量为Al被完全氧化所需Cu2O理论质量的0.8倍，在滚筒混粉机中混合16小时。将混合粉末置于用于冷等静压成形的模具中，依次进行冷等静压成形、冷等静压的压强为325MPa；保压时间为5min，烧结处理是在电阻炉中在高纯氮气保护下950℃处理1.5h，随炉冷却至室温，随后机加工成规则圆柱状，经测试，其导电率为82%IACS（国际退火铜标准），维氏硬度为122HV。
实施例3
以湖南华邦粉末材料有限公司生产的-300目、Al质量含量为0.6%的水雾化Cu-Al合金粉末为原料，以-325目的Cu2O为氧化剂，Cu2O实际加入量为Al被完全氧化所需Cu2O理论质量的0.7倍，在滚筒混粉机中混合16小时。将混合粉末置于用于冷等静压成形的模具中，依次进行冷等静压成形、冷等静压的压强为325MPa；保压时间为5min，，烧结处理是在电阻炉中在高纯氮气保护下950℃处理2h，随炉冷却至室温，随后机加工成规则圆柱状，经测试，其导电率为79%IACS（国际退火铜标准），维氏硬度为137HV。
有关本发明附图的解释说明
图1为实施例1中内氧化后试样经浓硝酸腐蚀后剩余粉末的XRD(X射线衍射）图，从图谱中可以看出只有α-Al2O3和γ-Al2O3的峰，而不存在复杂氧化物CuAlO2的峰，可以推测Cu2O的基本完全反应。
图2为实施例2中冷等静压烧结后所得棒材的横截面SEM图。从图中可以看出，所得棒材在本工艺下已足够致密，因此本工艺可得到性能优良的氧化铝弥散强化铜基复合材料。
图3为实施例2中还原后粉末的SEM（扫描电镜）和EDS（能谱）图，其中（a）复合材料横截面形貌扫描图；（b）铜元素分布；（c）氧元素分布；（d）铝元素分布；从图中可以看出，铝元素和氧元素均匀地分布在铜基体中，据此可知弥散相Al2O3颗均匀弥散的分布在Cu基体中。
图4为实施例3中所制备的氧化铝弥散强化铜基复合材料。

Claims (1)

1.一种制备氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法，其特征在于具有如下的制备过程和步骤：
a，以水雾化法制得的Cu-Al合金粉为原料，其中Al元素的质量分数为0.2-0.6%；以Cu2O为氧化剂，Cu2O实际加入量为Cu-Al合金粉中Al被完全氧化所需Cu2O理论质量的0.7-0.9倍；将所述原料充分混合，混粉时间为12-16小时；
b，将上述混合粉末置于用于冷等静压成形的模具中，依次进行冷等静压成形、冷等静压的压强为300-400MPa；保压时间为1-5min；
c，对步骤b所得的冷等静压成形棒材，在电阻炉内对等静压试样烧结及内氧化，烧结处理是在高纯氮气保护下950-1000℃处理1-2h，随炉冷却至室温，随后对得到的棒材进行机加工或线切割处理，制备得到氧化铝弥散强化铜基复合材料。
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