CN106834791B - 一种稀土氧化物颗粒强化高导铜合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，将氧化铜与稀土氧化物粉体、过程控制剂（PCA）硬脂酸、氧化锆球烘干后，放入球磨罐中球磨，将球磨后粉体置于管式炉内，通入还原性气氛并加热保温，保温温度为500±10℃，保温时间为4±0.5h，将盛有还原后粉末的石墨模具放入放电等离子烧结炉膛内进行烧结，冷却后，得到稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金，经测定综合性能最大可达屈服强度269.8MPa，常温下电导率82.5%IACS。
Description
技术领域
本发明涉及高强高导铜合金材料领域，特别是涉及一种稀土氧化物颗粒强化高导铜合金材料，以及该材料的制备方法。
背景技术
电触头作为中高压开关设备中的核心部件，起着开断、导通的作用,广泛应用于各种高压负荷开关、SF6断路器、有载分接开关以及大开断容量隔离开关和接地开关中。目前的电触头主要用Ag、FAg、AgNi、AgSnO2、AgCdO等，价格较高。
发明内容
本发明所提供的制备稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的方法，通过改善稀土氧化物颗粒在铜合金中的添加工艺，并配合一定的烧结工艺，达到保有一定的导电率前提下提升铜合金力学性能的目的，使加工出的铜合金可以替代银合金制备电触头。当然，还可以用于许多对导电性能和机械强度均要求较高的场合。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，包括如下步骤：
1）将氧化铜与稀土氧化物粉体、过程控制剂（PCA）硬脂酸、氧化锆球放入球磨罐中，用乙醇清洗，放入真空干燥箱中烘干；
2）将上述粉体、过程控制剂、氧化锆球装入球磨罐；
3）将球磨罐放入球磨机中球磨；
4）将球磨后粉体放入刚玉托盘中，再将刚玉托盘缓慢放入管式炉内，通入还原性气体使管式炉内保持还原性气氛并加热保温；
5）将还原后粉末倒入模具，并将模具放入放电等离子烧结炉膛内进行烧结；
6）冷却后，得到稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金。
进一步，步骤1）中稀土氧化物包括氧化钇、氧化铈、氧化镧。
进一步，步骤1）中稀土氧化物粉末占全部粉末体积份数的比率在2%至12%之间。
进一步，步骤1）中真空干燥箱中温度为80±20℃，烘干时间为30±5min。
进一步，步骤2）中球磨罐需冲入氩气保护性气氛。
进一步，步骤3）中球磨转速300±20r/min。
进一步，步骤3）中球磨时间为24±0.5h。
进一步，步骤4）中保温温度为500±10℃。
进一步，步骤4）中保温时间为4±0.5h。
进一步，步骤5）先抽真空，使烧结环境气压不超过15Pa；然后充入氮气或惰性气体，烧结压力为45±5MPa。
进一步，步骤5）中烧结温度为920±10℃。
进一步，步骤5）中烧结升温时间为25±1min。
进一步，步骤5）中烧结保温时间为5±0.5min。
通过本发明的方法得到稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金，经测定综合性能最大可达屈服强度269.8MPa，常温下电导率82.5%IACS；能够替代银合金作为电触头。
具体实施方式
下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
为更进一步阐述本发明为达到预定技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明的工艺过程、特征以及功效详细说明如后。
实施例1
1）将氧化铜与氧化钇粉末、过程控制剂（PCA）硬脂酸、氧化锆球放入球磨罐中混合，氧化钇粉体与铜粉体的体积比为1:49，用乙醇清洗，放入真空干燥箱中，在80℃烘干30min。
2）将上述粉体、过程控制剂、氧化锆球装入球磨罐，冲入氩气保护性气氛。
3）将球磨罐放入球磨机中球磨，球磨转速300r/min，球磨时间为24h。
4）将球磨后粉体放入刚玉托盘中，再将刚玉托盘缓慢放入管式炉内，通入还原性气氛并加热保温，保温温度为500℃，保温时间为4h。
5）将盛有还原后粉末的石墨模具放入放电等离子烧结炉膛内进行烧结，烧结环境气压不超过15Pa，烧结温度为920℃，烧结升温时间为25min，烧结保温时间为5min，烧结压力为45MPa。
6）冷却后，得到氧化钇强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为168.2MPa，常温下电导率为93.0%IACS。
实施例2
与实施例1制备方法基本相同，区别为氧化钇粉体与铜粉体的体积比为1:19；氧化铜与氧化钇粉末、过程控制剂（PCA）硬脂酸、氧化锆球分别清洗后混合。
冷却后，得到氧化钇颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为253.6MPa，常温下电导率为87.2%IACS。
实施例3
与实施例1制备方法相同，区别为氧化钇粉体与铜粉体的体积比为4:46。
冷却后，得到氧化钇颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为269.8MPa，常温下电导率为82.5%IACS。
实施例4
与实施例1制备方法相同，区别为氧化钇粉体与铜粉体的体积比为6:44。
冷却后，得到氧化钇颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为242.3MPa，常温下电导率为74.8%IACS。
实施例5
1）将氧化铜与氧化铈粉末、过程控制剂（PCA）硬脂酸、氧化锆球分别用乙醇清洗后，放入真空干燥箱中，在60℃烘干35min。其中，氧化钇粉体与铜粉体的体积比为1:49。
2）将上述粉体、过程控制剂、氧化锆球装入球磨罐，冲入氩气保护性气氛。
3）将球磨罐放入球磨机中球磨，球磨转速280r/min，球磨时间为24.5h。
4）将球磨后粉体放入石英托盘中，再将石英托盘缓慢放入管式炉内，通入还原性气氛并加热保温，保温温度为490℃，保温时间为4.5h。
5）将盛有还原后粉末的陶瓷模具放入放电等离子烧结炉膛内进行烧结，烧结环境气压不超过15Pa，烧结温度为910℃，烧结升温时间为24min，烧结保温时间为4.5min，烧结压力为50MPa。
6）冷却后，得到氧化铈强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为165.9MPa，常温下电导率为91.7%IACS。
实施例6
与实施例5制备方法相同，区别为氧化铈粉体与铜粉体的体积比为1:19。
冷却后，得到氧化铈颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为244.2MPa，常温下电导率为85.4%IACS。
实施例7
与实施例5制备方法相同，区别为氧化铈粉体与铜粉体的体积比为4:46。
冷却后，得到氧化铈颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为266.1MPa，常温下电导率为80.3%IACS。
实施例8
与实施例5制备方法相同，区别为氧化铈粉体与铜粉体的体积比为6:44。
冷却后，得到氧化铈颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为226.4MPa，常温下电导率为70.2%IACS。
实施例9
1）将氧化铜与氧化镧粉末、硬脂酸、氧化锆球放入球磨罐中，氧化钇粉末占粉末总体积分数为2%，用乙醇清洗，放入真空干燥箱中，在60℃烘干35min。其中，硬脂酸作为过程控制剂（PCA）。
2）将上述粉体、过程控制剂、氧化锆球装入球磨罐，冲入氩气保护性气氛。
3）将球磨罐放入球磨机中球磨，球磨转速320r/min，球磨时间为23.5h。
4）将球磨后粉体放入刚玉托盘中，再将刚玉托盘缓慢放入管式炉内，通入还原性气氛并加热保温，保温温度为510℃，保温时间为3.5h。
5）将盛有还原后粉末的石墨模具放入放电等离子烧结炉膛内进行烧结，烧结环境气压不超过15Pa，烧结温度为930℃，烧结升温时间为26min，烧结保温时间为5.5min，烧结压力为40MPa。
6）冷却后，得到氧化镧强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为166.7MPa，常温下电导率为92.8%IACS。
实施例10
与实施例9制备方法相同，区别为氧化镧粉体与铜粉体的体积比为1:19。
冷却后，得到氧化镧颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为250.6MPa，常温下电导率为88.1%IACS。
实施例11
与实施例9制备方法相同，区别为氧化镧粉体与铜粉体的体积比为4:46。
冷却后，得到氧化镧颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为260.4MPa，常温下电导率为84.4%IACS。
实施例12
与实施例9制备方法相同，区别为氧化镧粉体与铜粉体的体积比为6:44。
冷却后，得到氧化镧颗粒强化高强高导铜合金，经测定屈服强度为244.9MPa，常温下电导率为78.3%IACS。
上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。
Claims (10)
1.一种稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将氧化铜粉体与稀土氧化物粉体、过程控制剂、氧化锆球用乙醇清洗后，放入真空干燥箱中烘干；
2）将烘干后的上述粉体、过程控制剂、氧化锆球装入球磨罐；
3）将球磨罐放入球磨机中球磨；
4）将球磨后粉体放入容器中，再将容器缓慢放入管式炉内，通入还原性气体，使所述管式炉内保持还原性气氛并加热保温；
5）将盛有还原后粉末的烧结模具放入放电等离子烧结炉膛内，先抽真空，然后充入保护性气体进行烧结;
6）冷却后，得到稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金。
2.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤1）中稀土氧化物为氧化钇、氧化铈或氧化镧中的一种或几种组合。
3.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤1）中真空干燥箱中温度为80±20℃，烘干时间为30±5min。
4.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤2）中球磨罐需冲入氩气保护性气氛。
5.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤3）中球磨转速为300±20r/min。
6.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤3）中球磨时间为24±0.5h。
7.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤4）中保温温度为500±10℃。
8.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤4）中保温时间为4±0.5h。
9.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤5）中抽真空后，烧结环境气压不超过15Pa。
10.如权利要求1所述的稀土氧化物颗粒强化高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，步骤5）中烧结温度为920±10℃。
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