CN111020426A - 一种快速强化铜及铜合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速强化铜及铜合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：(1)清理待强化工件表面附着物；(2)制备喷嘴，按照待强化工件的外形及尺寸，制备环状或面状喷嘴；(3)用制备的喷嘴连接强化介质，对待强化工件进行强化处理；(4)待强化工件达到强化要求后，对工件进行后处理得到强化工件。本发明的有益效果为：本发明的方法对无相变的有色金属铜及铜合金，通过小能多冲强塑性变形在表面形成一定厚度的硬化层，不改变材料的成分和其它性能；本发明方法，操作简单、能耗少、成本低、生产效率高、易于工业化生产。

Description

一种快速强化铜及铜合金的制备方法
技术领域
本发明属于铜及铜合金制备技术领域，具体涉及一种快速强化铜及铜合金的制备方法。
背景技术
铜及铜合金因其良好的导电、导热性和一定的强度，在电力、冶金、仪器仪表、军工、航空航天等领域有着广泛的应用，但由于其强度较低，在一些应用场合受到一定限制，为此，人们采取多种手段来提高其强度，比如添加其它组元的微合金化、改善制造技术、挤压轧制等大塑性变形。但是由于这样那样的限制，使其应用均不够理想。
小能多冲(全称：小能量多次冲击)是通过小能量的连续多次冲击材料，材料的应变逐渐累积，组织细化，最后发生较大的塑性变形。这种方法原理简单，操作容易，制造成本低廉，对于被加工试样尺寸无特殊没有要求，利用小能多冲能制备出细晶材料，适用于金属及各类合金。西安交通大学发表的专利《小能量多次冲击技术制备块体纳米材料的方法》(公开日：20120201，公开号：CN101948948B)中介绍了利用落锤式冲击试验机冲击块体试样得到块体纳米材料的新方法，该方法的原理是块体试样经受冲击试验机反复的小能量冲击而变形，当形变量越来越大，块体材料微观组织得到细化，当形变量达到一定值的时候，微观组织细化到纳米级的尺寸，从而得到块体纳米晶材料，此方法原理简单，操作容易，制造成本不高，对块体试样尺寸没有要求，能制备较大尺寸的块体纳米材料。陈鼎等人在“稀有金属与硬质合金”2017年第03期发表的《WC-Co类硬质合金的低周冲击疲劳性能研究》中对WC-Co硬质合金进行小能多冲试验来研究硬质合金的韧性及增韧问题，认为在一定的WC晶粒尺寸，硬质合金的小能多冲性能随Co含量增加而提高，当Co含量一定的时候，晶粒尺寸越大，硬质合金的小能多冲性能越好。
对一些无相变的材料，要提高其力学性能往往采取加工硬化的手段，但因硬化技术的不同，对材料的形状和尺寸有较严格的限制。如何能寻找一种简单方便的手段，在不管被强化材料是何种形状、何种尺寸的情况下，能够快速的提高其力学性能，则是本发明要解决的主要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速强化铜及铜合金的制备方法，解决了现有技术中存在的方法制备的铜及铜合金强度不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种快速强化铜及铜合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、清理待强化工件表面附着物；
步骤2、制备喷嘴，按照待强化工件的外形及尺寸，制备环状或面状喷嘴；
步骤3、用制备的喷嘴连接强化介质，对待强化工件进行强化处理；
步骤4、待强化工件达到强化要求后，对工件进行后处理得到强化工件。
本发明的特点还在于：
步骤1中表面清理方法为机械法或化学法。
步骤2中喷嘴上均匀分布有喷口，喷口的直径为1～3mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm，喷口与工件的距离保持在200～400mm。
步骤3中强化介质为直径为0.8～2.5mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子。
强化条件为在压力≥3ATM的高压气体带动强化介质以3～10J的能量冲击在被处理工件的表面，处理时间≥24h。
后处理为加工量不大于0.5mm的少量机械加工或研磨处理。
本发明的有益效果是：本发明的方法对无相变的有色金属铜及铜合金，通过小能多冲强塑性变形在表面形成一定厚度的硬化层，不改变材料的成分和其它性能；本发明方法，操作简单、能耗少、成本低、生产效率高、易于工业化生产。
附图说明
图1是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1、3中环状喷嘴结构图；
图2是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1、3中环状喷嘴结构剖视图；
图3是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1、3中小能多冲强化技术装置示意图；
图4是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1中待强化工件强化后24h的横向显微组织图；
图5是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1中待强化工件强化后24h的纵向显微组织图；
图6是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1中待强化工件强化后60h的横向显微组织图；
图7是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例1中待强化工件强化后60h的纵向显微组织图；
图8是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例2中面状喷嘴结构图；
图9是本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法的实施例2中面状喷嘴剖视图。
其中，1.待强化工件，2.环形喷嘴，3.回收槽，4.软管，5.压缩机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种快速强化铜及铜合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、表面清理，用机械法或化学法去除待强化工件表面上如油污、锈蚀、毛刺等对变形强化有影响的附着物。
步骤2、制备喷嘴，按照待强化工件的外形及尺寸，制备环状或面状喷嘴，喷嘴上均匀分布有喷口，喷口的直径为1～3mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm，喷口与工件的距离保持在200～400mm。
步骤3、强化处理，根据工件性能改善的要求，用直径为0.8～2.5mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子在压力≥3ATM的高压气体的带动下以3～10J的能量冲击在被处理工件的表面，处理时间≥24h。
步骤4、后处理，待强化处理达到强化要求后，根据需要对工件表面采取加工量不大于0.5mm的机械加工或研磨处理。
实施例1
工件为直径为40mm的T2铜棒，要求表面硬度达到HB80以上。
步骤1，表面清理，用机械法或化学法去除铜棒表面上如油污、锈蚀、毛刺等对变形强化有影响的附着物。
步骤2，制备喷嘴，按照待强化工件的外形及尺寸，加工成如图1和图2所示的环状喷嘴，喷口与工件的距离保持在200mm，喷口的直径为1mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm。
步骤3，强化处理，按照图3所示的小能多冲强化技术装置示意图连接喷嘴和待强化工件及强化介质，采用直径为0.8mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子在压力为不小于3个大气压的高压气体带动下以3焦耳的能量冲击在被处理铜棒表面，每个位置冲击的时间保持24h或60h，其强化处理后显微组织结构如图4～图7所示，然后手动改变强化位置直至工件全部被覆盖。
步骤4，后处理，待小能多冲达到强化要求后，根据需要对表面采取不大于0.5mm机械加工。
在表面强化时，当塑性变形积累到一定程度时，原先近似的等轴晶被压缩成“纤维状”，沿变形方向在组织上可看到如图5和图7所示的形貌。
实施例2
厚度为10mm的T2铜板，要求表面硬度达到HB90以上。
步骤1，表面清理，用机械法或化学法去除铜板表面上如油污、锈蚀、毛刺等对变形强化有影响的附着物。
步骤2，制备喷嘴，按照被强化材料或零件的外形及尺寸，加工成如图8和图9所示的面状喷嘴，喷口与工件的距离保持在300mm，喷口的直径在2mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm。
步骤3，强化处理，用直径为1.5mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子在压力不小于3个大气的压高压气体带动下以7焦耳的能量冲击在被处理铜板的表面，冲击的时间持续48h。
步骤4，后处理，待强化处理到强化要求后，根据需要对表面采取不大于0.5mm机械加工。
实施例3
外径为40mm厚度为5mm的铬青铜管材，要求表面硬度达到HB100以上。
步骤1，表面清理，用机械法或化学法去除铬青铜管材表面上如油污、锈蚀、毛刺等对变形强化有影响的附着物。
步骤2，制备喷嘴，加工成如图1和图2所示的环状喷嘴，喷口与铬青铜管材的距离为400mm，喷口的直径为3mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm。
步骤3，强化处理，用直径为2.5mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子在压力不小于3个大气压高压气体的带动下以10焦耳的能量冲击铬青铜管材的表面，每个位置冲击的时间为60小时，强化前后的性能如表1所示。
步骤4，后处理，待强化处理达到强化要求后，根据需要对表面采取不大于0.5mm机械加工。
表1铬青铜管材强化前后性能对比表
名称 硬度(HV) 抗拉强度(MPa) 电导率(％IACS)
待强化工件 86 225 67
强化后工件 134 402 58
由表1可知，铬青铜管材强化后硬度和抗拉强度分别提高了51.8％、78.67％，导电率下降13.4％。如果对铬青铜(QCr0.5)采用1050℃固溶，450℃时效处理，则其硬度可达到HV110～120，导电率率55～60％IACS。

Claims (6)

1.一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、清理待强化工件表面附着物；
步骤2、制备喷嘴，按照待强化工件的外形及尺寸，制备环状或面状喷嘴；
步骤3、用制备的喷嘴连接强化介质，对待强化工件进行强化处理；
步骤4、待强化工件达到强化要求后，对工件进行后处理得到强化工件。
2.根据权利要求1所述的一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中表面清理方法为机械法或化学法。
3.根据权利要求1所述的一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中喷嘴上均匀分布有喷口，喷口的直径为1～3mm，各个喷口中心位置之间的距离不超过4mm，喷口与工件的距离保持在200～400mm。
4.根据权利要求1所述的一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中强化介质为直径为0.8～2.5mm的淬火钢球、氧化硅砂子或氧化铝砂子。
5.根据权利要求4所述的一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，所述强化条件为在压力≥3ATM的高压气体带动强化介质以3～10J的能量冲击在被处理工件的表面，处理时间≥48小时以上。
6.根据权利要求1所述的一种快速强化铜及铜合金的制备方法，其特征在于，所述后处理为加工量不大于0.5mm的少量机械加工或研磨处理。
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