CN107523708A - 一种Al2O3弥散强化铜‑铌合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Al2O3弥散强化铜‑铌合金的制备方法，该方法是：将Al2O3弥散强化铜合金粉与铌粉按比例混合均匀，将混合粉末进行扩散合金化处理，经破碎、过筛后，得到Al2O3弥散强化铜‑铌扩散合金粉；采用冷等静压将扩散合金粉压制成圆锭，将圆锭装入铜包套内，预热后进行挤压制备棒料，棒料经矫直、去除包套、拉拔后，制得所需尺寸的Al2O3弥散强化铜‑铌合金。本发明通过将Al2O3和铌各自的优势合理地结合在一起而制备得到Al2O3弥散强化铜‑铌合金，在既不显著降低铜合金导电率的前提下，又有效地提高了铜合金的强度、硬度和软化温度，从而能够满足更严苛的使用要求，且使用寿命长，是一种具有更广阔应用前景的电工材料，可用作电阻焊接、高铁架空导线、高场脉冲磁体线圈等。

Description

一种Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电工材料的制备方法，具体是涉及一种Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
Al2O3弥散强化铜合金是一种具有优良综合物理性能和力学性能的新型结构功能材料，其强化相Al2O3粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因而该合金兼具高强高导电性能和良好的抗高温软化能力。研究表明，随着Al2O3含量的增加，Al2O3弥散强化铜合金的强度、硬度和软化温度也会随之增加，导电率相应降低。在导电率满足使用要求的前提下，硬度和软化温度越高，Al2O3弥散强化铜合金的使用寿命越长。
内氧化法是生产Al2O3弥散强化铜合金的最佳工艺。该工艺是以Cu2O为氧化剂，与CuAl合金粉混合均匀后，加热到一定温度，优先将CuAl合金中的Al氧化成Al2O3。然而，当CuAl合金中的Al含量较高时，在内氧化过程中，随着粉末表面Al元素转变成Al2O3粒子，粉末表面合金态Al元素浓度远远低于粉末内部的合金态Al元素浓度，使得内部Al元素向粉末表面扩散，生成的Al2O3粒子在粉末表面富集，形成致密的Al2O3壳层，从而给氧的扩散造成了障碍。因此，这种方法仅能生产Al2O3含量较低的弥散强化铜合金，其Al2O3质量百分比含量一般在1.1%以下，对应CuAl合金中的Al质量百分比含量不超过0.6%，从而导致其无法满足更严苛的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有Al2O3弥散强化铜合金的性能受制备工艺的限制无法提高的现状，提供一种能够在满足导电率的情况下，进一步提高合金的强度和硬度，从而满足更严苛使用要求的Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、以粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜合金粉和粒径＜10微米的铌粉为原料，按质量比Al2O3弥散强化铜合金粉：铌粉=（85～90）:（15～10）称取粉末，在锥形混料机中混合4～8h后，将混合均匀的粉末置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-3～5×10-2 Pa，在900～1000℃进行2～4h扩散合金化处理，经破碎、过筛后，得到粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜-铌扩散合金粉；
步骤二、将所得的Al2O3弥散强化铜-铌扩散合金粉装入橡胶模具，采用冷等静压进行成形，成形压力为120～180MPa，保压时间为5～10分钟，去除橡胶模具得到圆锭；
步骤三、将圆锭装入纯铜包套内，抽真空封焊，再将带纯铜包套的圆锭置于气氛烧结炉中，充氮气保护，升温至950～1000℃，保温1～2h进行预热；
步骤四、将挤压垫预热至280～300℃，然后将预热好的带纯铜包套的圆锭移入挤压筒，采用挤压压强为20～25MPa，挤压比为（20～30）：1，挤出直径为25～40mm的棒料，并采用水冷使棒料冷却至室温；
步骤五、将棒料矫直后，使用剥皮机去除其表面的纯铜包套，再通过拉拔机将棒料直径减径至所需尺寸，最大减径量≤0.5 mm，制得所需尺寸的Al2O3弥散强化铜-铌合金。
其中，所述Al2O3弥散强化铜合金粉中Al2O3的质量百分比含量为1.0～1.1%。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
本发明通过将Al2O3和铌各自的优势合理地结合在一起而制备得到Al2O3弥散强化铜-铌合金，在既不显著降低铜合金导电率的前提下，又有效地提高了铜合金的强度、硬度和软化温度，其各项性能均优于传统的Al2O3弥散强化铜合金，从而能够满足更严苛的使用要求，且使用寿命长，是一种具有更广阔应用前景的电工材料，可用作电阻焊接、高铁架空导线、高场脉冲磁体线圈等。
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。
实施例1：通过本发明制备Al2O3弥散强化铜-10%铌合金
以内氧化法制备的粒径＜75微米的Al2O3弥散铜合金粉末（Al2O3质量百分比含量为1.0%）和市售的粒径＜10微米的铌粉为原料，按质量比Al2O3弥散铜粉：铌粉=90：10称取粉末，在锥形混料机中混合4h；将混合均匀的粉末置于真空烧结炉中，抽真空至5×10-2Pa，然后升温至900℃，扩散合金化处理4h，经破碎、过筛后，得到粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜-10%铌扩散合金粉；将扩散合金粉装入橡胶模具，采用冷等静压进行成形，成形压力为120MPa，保压时间为10分钟，去除橡胶模具得到直径为100 mm的圆锭；将圆锭装入纯铜包套内，抽真空封焊，然后将带纯铜包套的圆锭置于气氛烧结炉中，充氮气保护，升温至1000℃，保温1h进行预热；将挤压垫预热至280℃，然后将预热好的带纯铜包套的圆锭移入挤压筒，采用挤压压强为20MPa，挤压比为30：1，挤出直径为25mm的棒料，并采用水冷使棒料冷却至室温；将棒料矫直后，使用剥皮机去除其表面纯铜包套，再通过拉拔机将棒料直径减径至24.5 mm，制得所需尺寸的Al2O3弥散强化铜-10%铌合金。经测试，该合金的抗拉强度为735MPa，硬度（HV）为198 kgf/mm2，导电率为69 %IACS。
实施例2：通过本发明制备Al2O3弥散强化铜-15%铌合金
以内氧化法制备的粒径＜75微米的Al2O3弥散铜合金粉末（Al2O3质量百分比含量为1.1%）和市售的粒径＜10微米的铌粉为原料，按质量比Al2O3弥散铜粉：铌粉=85：15称取粉末，在锥形混料机中混合8h；将混合均匀的粉末置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-3 Pa，然后升温至1000℃，扩散合金化处理2h，经破碎、过筛后，得到粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜-15%铌扩散合金粉；将扩散合金粉装入橡胶模具，采用冷等静压进行成形，成形压力为180 MPa，保压时间为5分钟，去除橡胶模具得到直径为100 mm的圆锭；将圆锭装入纯铜包套内，抽真空封焊，然后将带纯铜包套的圆锭置于气氛烧结炉中，充氮气保护，升温至950℃，保温2h进行预热；将挤压垫预热至300℃，然后将预热好的带纯铜包套的圆锭移入挤压筒，采用挤压压强为25 MPa，挤压比为20：1，挤出直径为40mm的棒料，并采用水冷使棒料冷却至室温；将棒料矫直后，使用剥皮机去除其表面纯铜包套，再通过拉拔机将棒料直径减径至39.5 mm，制得所需尺寸的Al2O3弥散强化铜-15%铌合金。经测试，该合金的抗拉强度为892MPa，硬度（HV）为241 kgf/mm2，导电率为 62%IACS。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (2)

1.一种Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、以粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜合金粉和粒径＜10微米的铌粉为原料，按质量比Al2O3弥散强化铜合金粉：铌粉=（85～90）:（15～10）称取粉末，在锥形混料机中混合4～8h后，将混合均匀的粉末置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-3～5×10-2 Pa，在900～1000℃进行2～4h扩散合金化处理，经破碎、过筛后，得到粒径＜75微米的Al2O3弥散强化铜-铌扩散合金粉；
步骤二、将所得的Al2O3弥散强化铜-铌扩散合金粉装入橡胶模具，采用冷等静压进行成形，成形压力为120～180MPa，保压时间为5～10分钟，去除橡胶模具得到圆锭；
步骤三、将圆锭装入纯铜包套内，抽真空封焊，再将带纯铜包套的圆锭置于气氛烧结炉中，充氮气保护，升温至950～1000℃，保温1～2h进行预热；
步骤四、将挤压垫预热至280～300℃，然后将预热好的带纯铜包套的圆锭移入挤压筒，采用挤压压强为20～25MPa，挤压比为（20～30）：1，挤出直径为25～40mm的棒料，并采用水冷使棒料冷却至室温；
步骤五、将棒料矫直后，使用剥皮机去除其表面的纯铜包套，再通过拉拔机将棒料直径减径至所需尺寸，最大减径量≤0.5 mm，制得所需尺寸的Al2O3弥散强化铜-铌合金。
2.根据权利要求1所述Al2O3弥散强化铜-铌合金的制备方法，其特征在于：所述Al2O3弥散强化铜合金粉中Al2O3的质量百分比含量为1.0～1.1%。
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