CN108543945A - 一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法，属于粉末冶金新材料技术领域。所述方法如下：采用水雾化法制备Cu‑Al合金粉末，其中，Cu‑Al合金粉末中Al的质量百分含量为0.02%~15.0%；将Cu‑Al合金粉末与空气发生氧化反应，得到Cu‑Al2O3合金粉末，反应温度为200~800℃，反应时间为2~40 h；将得到的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度200~900℃，还原时间为1~10 h；将还原后的Cu‑Al2O3合金粉末进行筛分处理，得到30~100微米的Cu‑Al2O3合金粉末。本发明的优点是：采用外氧化技术制备氧化铝弥散铜合金粉末，解决了传统内氧化工艺氧化不彻底和多余氧化剂难以还原的缺点，该方法无需外加氧源，提高了生产效率，降低了生产成本。本发明为实现氧化铝含量弥散铜合金粉末的大规模工业化生产提供可能。

Description

一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金新材料技术领域，具体涉及一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法。
背景技术
纯铜具有优良的导电性、导热性、易加工，广泛应用于电子、汽车、铁路等工业领域。但随着科技的发展，对铜的高温强度提出了更高的要求。添加金属元素，使铜合金化可以提高强度，可导电率大大降低，难以兼顾。传统强化手段如时效强化、冷加工强化等手段在高温时则会因析出相溶解、回复、再结晶等方式失效。氧化铝含量弥散铜合金（ODSC）的成功研发大大提高了铜的室温及高温强度，又能保持高的导电率，成为许多导电合金的替代材料，并拓宽了铜基材料在高强高导场合的应用。
氧化铝含量弥散铜合金高强来源于纳米级Al2O3粒子的弥散强化作用， Al2O3粒子均匀分布在铜基体晶粒内以及晶界，并且Al2O3粒子热稳定性高，高温下不溶解，能有效阻碍位错及晶界、亚晶界移动，大大提高室温及高温强度。同时，Al2O3粒子不与Cu基体发生反应，使得铜基体能保持较高的导电率。因此，氧化铝含量弥散铜合金可有效解决高强度与高导电率难以兼顾的问题，可以满足高强高导场合的要求，现已广泛应用于连铸钢结晶器、电阻焊电极、电接触材料、引线框架等。
氧化铝含量弥散铜合金高强度来源于Al2O3颗粒对位错的钉扎作用，高含量Al2O3能显著提高氧化铝含量弥散铜合金的强度及耐磨性，但同时也给生产带来许多问题。如Al元素的内氧化不彻底、弥散分布困难、H2还原困难不彻底、电导率下降等，且由于基体与增强相之间热膨胀系数相差较大，还会出现烧结开裂等情况，目前国内还没有有效的手段可以解决上述的所有问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前高含量Al2O3弥散铜合金的制备存在内氧化不彻底、弥散分布困难、所得材料电导率下降的问题，提供一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法，该方法采用符合国标要求的阴极铜和高纯铝为原料，以空气中的氧为氧化剂制备氧化铝含量弥散铜合金粉末，得到的合金具有高强度（75~85HRB）、高电导率（78~93%IACS）和高软化温度（930~980℃）。该方法无需外加氧源，提高了生产效率（20%~30%），降低了生产成本（10%-20%），推动了氧化铝含量弥散铜合金粉末在超硬胎体（金刚石胎体）、真空开关、电触头、电焊电极等领域的推广应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法，所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Cu-Al合金粉末中Al的质量百分含量为0.02%~15.0%；
步骤二：将步骤一得到的Cu-Al合金粉末与空气发生氧化反应，得到Cu-Al2O3合金粉末，反应温度为200~800℃，反应时间为2~40 h；
步骤三：将步骤二得到的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度200~900℃，还原时间为1~10 h；
步骤四：将还原后的Cu-Al2O3合金粉末进行筛分处理，得到30~100微米的Cu-Al2O3合金粉末。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
（1）采用外氧化技术制备氧化铝弥散铜合金粉末，解决了传统内氧化工艺氧化不彻底和多余氧化剂难以还原的缺点，提高了弥散铜中氧化铝弥散相的内氧化效率，进而节约了生产成本。
（2）本发明为实现氧化铝含量弥散铜合金粉末的外氧化工业化生产提供可能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法，所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Cu-Al合金粉末中Al的质量百分含量为0.02%~15.0%，且Al元素均匀、弥散分布，无团聚现象；
步骤二：将步骤一得到的Cu-Al合金粉末与空气发生氧化反应，得到Cu-Al2O3合金粉末，反应温度为200~800℃，反应时间为2~40 h；氧化剂为空气中的游离氧；
步骤三：将步骤二得到的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度200~900℃，还原时间为1~10 h；
步骤四：将还原后的Cu-Al2O3合金粉末进行筛分处理，得到30~100微米的Cu-Al2O3合金粉末。Al2O3为纳米级，尺寸为5~100纳米，弥散分布于铜颗粒的内部。
实施例1：
氧化铝含量弥散铜合金粉末（氧化铝含量0.5%）的制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为0.2%~0.3%；
（2）将Cu-Al合金粉末与空气中的氧在300~500℃发生氧化反应，反应时间为3~20小时；
（3）将氧化反应后的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度300~700℃，还原时间为2~8小时；
（4）将还原后的粉末进行筛分处理，得到20~90微米的Cu-Al2O3合金粉末；
（5）该合金粉末为纳米级的Al2O3弥散分布于铜颗粒的内部，氧化铝颗粒尺寸为5~50纳米。
该合金粉末具有高强度（75~80HRB）、高电导率（83~92%IACS）和高软化温度（930~940℃）。
实施例2：
氧化铝含量弥散铜合金粉末（氧化铝含量1.0%）的制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为0.5%~0.8%；
（2）将Cu-Al合金粉末与空气中的氧在400~600℃发生氧化反应，反应时间为5~15 h。
（3）将氧化反应后的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度400~800℃，还原时间为3~9 h；
（4）将还原后的粉末进行筛分处理，得到30~100微米的Cu-Al2O3合金粉末；
（5）该合金粉末为纳米级的Al2O3弥散分布于铜颗粒的内部，氧化铝颗粒尺寸为10~60纳米。
该合金粉末具有高强度（78~82HRB）、高电导率（80~90%IACS）和高软化温度（940~960℃）。
实施例3：
氧化铝含量弥散铜合金粉末（氧化铝含量5.0%）的制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为2.5%~3.0%；
（2）将Cu-Al合金粉末与空气中的氧在350~600℃发生氧化反应，反应时间为5~25 h；
（3）将氧化反应后的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度400~800℃，还原时间为3~9h；
（4）将还原后的粉末进行筛分处理，得到50~120微米的Cu-Al2O3合金粉末；
（5）该合金粉末为纳米级的Al2O3弥散分布于铜颗粒的内部，氧化铝颗粒尺寸为20~80纳米。
该合金粉末具有高强度（83~85HRB）、高电导率（78~80%IACS）和高软化温度（960~980℃）。

Claims (1)

1.一种氧化铝弥散铜合金粉末的外氧化制备方法，其特征在于：所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Cu-Al合金粉末中Al的质量百分含量为0.02%~15.0%；
步骤二：将步骤一得到的Cu-Al合金粉末与空气发生氧化反应，得到Cu-Al2O3合金粉末，反应温度为200~800℃，反应时间为2~40 h；
步骤三：将步骤二得到的粉末在氢气气氛下进行还原，还原温度200~900℃，还原时间为1~10 h；
步骤四：将还原后的Cu-Al2O3合金粉末进行筛分处理，得到30~100微米的Cu-Al2O3合金粉末。
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