CN112410597B - 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法 - Google Patents

一种纳米wc弥散强化铜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112410597B
CN112410597B CN202011054719.5A CN202011054719A CN112410597B CN 112410597 B CN112410597 B CN 112410597B CN 202011054719 A CN202011054719 A CN 202011054719A CN 112410597 B CN112410597 B CN 112410597B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
copper
ball
dispersion
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011054719.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112410597A (zh
Inventor
唐建成
周威威
王英俊
叶楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202011054719.5A priority Critical patent/CN112410597B/zh
Publication of CN112410597A publication Critical patent/CN112410597A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112410597B publication Critical patent/CN112410597B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • B22F9/22—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds using gaseous reductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling

Abstract

本发明属于金属基复合材料及制备领域，具体涉及一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，将原料合金按配比中纳米WC的质量分数为8.87％，余料为氧化铜的比例混合(即质量比WC∶Cu＝1∶9的比例)，对混合粉末进行球磨，干燥后在氢气气氛下还原，最后烧结制备成米纳米WC弥散强化铜基复合材料。本发明制备的WC颗粒弥散强化铜基复合材料，可以高效的细化铜颗粒，并使WC均匀弥散的分布在铜基体上，得到高强度、高导电率和耐高温的复合材料。最终复合材料的抗拉强度大于450MPa，导电率超过90％IACS，软化温度高于800℃。

Description

一种纳米WC弥散强化铜的制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料及制备领域，具体涉及一种纳米WC弥散强化铜的制备方法。
背景技术
弥散强化铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的新型结构功能材料，它兼具有高强高导性能和良好的抗高温软化能力。其强相粒子多为熔点高、高温稳定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。这些强化相粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，它们与析出强化型铜合金时效析出的金属间化合物粒子不同，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此可以有效的阻碍位错的运动和晶界滑移，提高合金的室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性，且耐腐蚀性也较好。弥散强化铜合金强化手段通常是通过内氧化法和机械合金化法制备的。
采用内氧化法制备的氧化铝弥散强化合金，因其高的导热性、导电性和合理的机械强度和热稳定性而被广泛用作焊接过程中的电极材料。但是由于氧化铝粒子与铜基体的润湿性很差，而且两者的比重相差较大，导致细小的氧化铝粒子产生偏聚。另外由于氧化铝对铜粉烧结有很强的抑制作用，提高了基体铜的起始位能，使体积扩散难以启动，因此简单的烧结无法使复合材料达到全致密化和均匀化。
WC作为一种硬质合金工业中使用最多的硬质合金物，其显著的特点是高强度、高耐磨性以及高化学稳定性等，所以是公认的作为强化铜基体材料最为合适的弥散强化相。通过机械合金化制备的纳米WC弥散强化铜基复合材料具有高强度、高导电率和高的使用温度，在集成电路引线框架、电阻焊接电极、接触材料、换向器等领域具有广泛的应用。但是WC作为一种难熔金属化合物，与铜基体的润湿性较差，在球磨过程中容易使WC产生团聚；并且由于铜的优良延展性，使得铜颗粒变形拉长不利于两者结合，因此传统方法制备的WC弥散强化铜基复合材料达不到很好的强化效果及良好的导电及高温性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有制备技术上的不足，提出一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，该方法利用氧化铜和纳米WC混合球磨随后再还原的方法，制备纳米WC弥散强化铜基复合材料。
本发明是通过以下技术方案实现的。具体的制备方法如下：
(a)原料准备：将原料合金按配比中纳米WC的质量分数为8.87％，余料为氧化铜的比例混合(即质量比WC:Cu＝1：9的比例)。
(b)(b)球磨：将硬质合金球与混合粉末按球料比为5:1混合，并加入适量的无水乙醇进行湿磨，把球磨罐放入球磨机中球磨24h，得到混合均匀的黑色浆料。
(c)还原：将浆料置于干燥箱中，在110℃下干燥10h后取出，放入真空管式炉中，在氢气的气氛下还原，得到混合均匀的纳米WC和铜粉末。
(d)烧结：将还原完的粉末用压样机制备好样品后，置于氧化铝坩埚中，再将坩埚置于真空管式炉的刚玉管中通氢气烧结；烧结温度为1000～1100℃，保温时间为1h，冷却到室温。
由于紫铜具有优异的延展性，而WC具有极高的强度和硬度，使得WC在球磨过程中容易产生聚集，一般的球磨方法无法制备出混合均匀、弥散分布的复合材料。而氧化铜相比紫铜具有更高的强度和硬度，使得在和纳米WC球磨过程中的破碎分散更加容易，从而得到的氧化铜颗粒更加细小，最终使WC均匀弥散分布于基体中。因此上述技术方案制备的纳米WC散强化铜基复合材料，解决了传统工艺制备弥散强化铜基复合材料中强化相偏聚的问题，实现了更加优异的复合化效果。
本发明的有益效果为：
相较于传统的制备方法，本发明利用氧化铜代替紫铜和高强度的WC进行球磨，可以细化颗粒，进一步使强化相分布更加均匀弥散。
另外设计的工艺流程简单、适合规模化工业生产。采用本发明制备的纳米WC颗粒弥散强化铜基复合材料的抗拉强度大于450MPa，导电率超过90％IACS，软化温度高于800℃。具有优异的力学性能，优秀的导电性能和抗高温软化性能。本发明制备的纳米WC颗粒弥散强化铜基复合材料在集成电路引线框架、电阻焊接电极、接触材料、换向器等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的纳米WC散强化铜基复合材料的透射电镜照片。
图2为实施例2制备的纳米WC弥散强化铜合金XRD图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：
(1)称取10g纳米WC：112.7g氧化铜倒入装有600g硬质合金球的球磨罐中，再倒入适量的酒精后置于球磨机中，球磨转速120rpm，球磨24h。
(2)将球磨混合完的浆料放入干燥箱中，在110℃下干燥10h后取出。
(3)将干燥完的混合粉末放入管式炉的真空玻璃管中，在450℃下通氢气还原，保温时间2h，得到纳米WC和铜的混合粉末。
(4)将还原完的粉末用压样机制备好样品后，置于氧化铝坩埚中，再将坩埚置于真空管式炉的刚玉管中通氢气烧结；烧结温度为1050℃，保温时间为1h，冷却到室温。
经上述工序制备出纳米WC弥散强化铜基复合材料，纳米WC颗粒均匀弥散分布于铜基体上，平均粒径为73nm，参见图1。性能为：抗拉强度450MPa，电导率90％IACS，软化温度800℃。
实施例2：
(1)称取10g纳米WC,112.7g氧化铜倒入装有600g硬质合金球的球磨罐中，再倒入适量的酒精后置于球磨机中，球磨转速120rpm，球磨24h。
(2)将球磨混合完的浆料放入干燥箱中，在110℃下干燥10h后取出。
(3)将干燥完的混合粉末放入管式炉的真空玻璃管中，在450℃下通氢气还原，保温时间2h，得到纳米WC和铜的混合粉末。
(4)将还原完的粉末用压样机制备好样品后，置于氧化铝坩埚中，再将坩埚置于真空管式炉的刚玉管中通氢气烧结；烧结温度为1100℃，保温时间为1h，冷却到室温。
经上述工序制备出纳米WC弥散强化铜基复合材料，纳米WC颗粒均匀弥散分布于铜基体上，平均粒径为73nm，其X射线衍射(XRD)图参见图2，表明制备的WC/Cu基复合材料纯度高。性能为：抗拉强度455MPa，电导率90.7％IACS，软化温度815℃。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(a)取纳米WC粉末和氧化铜粉末按WC的质量分数为8.87％的比例混合于球磨罐中，其中纳米WC的粒径为70～100nm，球形形貌；
(b)将硬质合金球与混合粉末按球料比为5:1混合，并加入适量的无水乙醇进行湿磨，把球磨罐放入球磨机中球磨24h，得到混合均匀的黑色浆料，球磨转速为80～120rpm，球磨时间为10～24h；
(c)将浆料置于干燥箱中干燥后取出，放入真空管式炉中，在氢气的气氛下还原，得到混合均匀的纳米WC/Cu基粉末；
(d)将还原完的粉末用压样机制备好样品后，置于氧化铝坩埚中，再将坩埚置于真空管式炉的刚玉管中通氢气烧结；烧结温度为1000～1100℃，保温时间为1h，冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，其特征是所述步骤(a)的氧化铜与WC的纯度均为99.99wt％。
3.根据权利要求1所述的一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，其特征是所述步骤(b)的无水乙醇纯度为99.99wt％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，其特征是所述步骤(c)的干燥温度为110℃，干燥时间10h；还原温度为400～500℃，还原时间2～3h。
5.根据权利要求1所述的一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，其特征是所述步骤(d)的烧结后的组织特征为纳米WC均匀弥散分布于铜基之中。
CN202011054719.5A 2020-09-29 2020-09-29 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法 Active CN112410597B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011054719.5A CN112410597B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011054719.5A CN112410597B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112410597A CN112410597A (zh) 2021-02-26
CN112410597B true CN112410597B (zh) 2021-12-14

Family

ID=74854230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011054719.5A Active CN112410597B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112410597B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113199028B (zh) * 2021-04-29 2022-03-15 合肥工业大学 一种电阻焊电极用铜基复合材料的制备方法
CN115418526B (zh) * 2022-10-09 2024-04-05 日丰企业（佛山）有限公司 一种铜合金及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03234352A (ja) * 1990-02-08 1991-10-18 Honda Motor Co Ltd セラミックス分散強化銅の製造方法
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法
CN103934451A (zh) * 2014-04-03 2014-07-23 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) 一种氧化铝弥散强化铜合金粉的制备方法
CN106834791A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 江西理工大学 一种稀土氧化物颗粒强化高导铜合金的制备方法
CN108788132A (zh) * 2018-07-09 2018-11-13 中南大学 一种铜碳复合材料原位反应制备方法
CN109136615A (zh) * 2018-10-30 2019-01-04 江西理工大学 一种多步球磨与多步气相还原制备纳米陶瓷颗粒弥散强化铜基复合材料的制备方法
CN111451491A (zh) * 2020-04-29 2020-07-28 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102909375A (zh) * 2012-09-26 2013-02-06 河南科技大学 一种颗粒增强铜-TiC高强度高导电点焊电极的制备方法
US20200010929A1 (en) * 2018-07-08 2020-01-09 Ariel Scientific Innovations Ltd. Copper-based substances with nanomaterials
CN110229971B (zh) * 2019-06-12 2021-01-22 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种新型Cu-纳米WC复合材料的制备方法
CN110218901B (zh) * 2019-07-04 2020-12-11 江西理工大学 双晶碳化钨协同增强铜基复合材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03234352A (ja) * 1990-02-08 1991-10-18 Honda Motor Co Ltd セラミックス分散強化銅の製造方法
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法
CN103934451A (zh) * 2014-04-03 2014-07-23 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) 一种氧化铝弥散强化铜合金粉的制备方法
CN106834791A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 江西理工大学 一种稀土氧化物颗粒强化高导铜合金的制备方法
CN108788132A (zh) * 2018-07-09 2018-11-13 中南大学 一种铜碳复合材料原位反应制备方法
CN109136615A (zh) * 2018-10-30 2019-01-04 江西理工大学 一种多步球磨与多步气相还原制备纳米陶瓷颗粒弥散强化铜基复合材料的制备方法
CN111451491A (zh) * 2020-04-29 2020-07-28 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wear resistance of WC particle reinforced copper matrix composites and the effect of porosity;P.K.Deshpande;《Materials Science and Engineering: A》;20060225;第137-145页 *
高强高导铜合金制备方法的研究热点及发展趋势;唐建成;《热加工工艺》;20161230;第45卷(第3期);第5-10页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112410597A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105112699A (zh) 一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法
CN101586198B (zh) 一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺
CN107675028A (zh) 一种单层石墨烯/铝复合材料及其制备方法
CN105112700A (zh) 一种石墨烯/铝复合材料
CN105063403A (zh) 一种铜基烯合金的制备方法
CN110157932B (zh) 一种基于原位合成的石墨烯改性铜基电触头材料的制备方法
CN110229971B (zh) 一种新型Cu-纳米WC复合材料的制备方法
CN112410597B (zh) 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法
CN105063402A (zh) 一种铝基烯合金的制备方法
CN105112732A (zh) 一种石墨烯/铝合金复合材料
CN111408714B (zh) 双尺度结构原位生长石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN105506329B (zh) 一种高Al2O3浓度Cu‑Al2O3纳米弥散强化合金的制备方法
CN109554565A (zh) 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法
CN113278842B (zh) 一种二硼化钛铜基球形复合材料粉末的制备方法
CN105112745A (zh) 一种石墨烯/铝合金复合材料
CN112831733B (zh) 一种非晶包覆y2o3复合材料及其粉体制备方法
CN105112735A (zh) 一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法
CN105112701A (zh) 一种石墨烯/铝复合材料的制备方法
CN109576529A (zh) 高性能弥散铜合金及其制备方法
CN105112733A (zh) 一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法
CN109593987A (zh) 一种铜基气凝胶增强型铜合金及其制备方法
CN105112705A (zh) 一种石墨烯/铝复合材料的制备方法
CN105112734B (zh) 一种石墨烯/铝复合材料
CN107475581A (zh) 氧化石墨烯铝合金复合材料及其制备方法
CN109722561B (zh) 高性能Cu-Cr合金及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant