CN112430763B - 一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法,包括以下步骤:将熔炼所得铜铝合金经水雾化设备雾化成粉;其中雾化参数为:雾化温度为1150~1200℃,高压水流喷射角为50~55°,雾化水压为10~12Mpa,中间包温度≥900℃,漏眼为
Figure DSA0000222684730000011
所得铜铝合金粉经高温退火与氧源按氧源中氧含量和铝含量的原子比为4∶2~6∶2进行混粉,得到混合粉末,其中氧源为经氧化的铜铝合金粉末;所得混合粉末进行内氧化后置于滚筒球磨机中球磨;所得球磨后的粉体压制成型后按常规工艺制备得到Al2O3弥散强化铜基复合材料。本发明所述方法成本低,加工性能好,而且制得的材料具有较好的导电性能和强度。

Description

一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法,属于金属基复合材料领域。
背景技术
弥散强化铜基复合材料是在铜基体中引入热稳定性高、颗粒细小且呈弥散分布的氧化物粒子,通过阻碍位错运动,抑制再结晶,从而在不明显降低材料导电性的基础上,大幅提高铜基体高温强度的一种复合材料,也称为弥散强化铜合金。此类材料由于具有高的导热率和导电率以及优良的高温性能和抗蚀性能,被广泛应用于微波器件、焊接电极、集成电路引线框架、转换开关、触头材料等方面。常见的氧化物粒子有Al2O3、Cr2O3、Zr2O3、SiO2、TiO2、MgO、CaO等,其中又以Al2O3最为常用。
目前制备Al2O3弥散强化铜基复合材料的工业生产方法主要为内氧化法。内氧化法的工艺流程主要为:铜铝合金熔炼→雾化法制备铜铝合金粉→铜铝合金粉与氧源混合→混合粉末内氧化→先压制成型再还原、烧结或者先还原然后压制成型再烧结→热挤压。经过内氧化后的铜铝粉末中的铝会被原位氧化生成纳米级Al2O3,所生成的纳米级Al2O3颗粒强化相均匀而弥散分布于铜基体上,最终均可制备出具有高导电导热、高强度、抗高温退火软化的Al2O3弥散强化铜基复合材料。
为了进一进提高内氧化法制备的Al2O3弥散强化铜基复合材料的抗拉强度或导电率或其它性能,许多科研单位和生产企业近年来对传统内氧化法进行了各种改进,如公开号为CN101240387A的发明专利,公开了一种高强高导耐高温的Cu-Al2O3合金,该发明利用氢气二次还原技术制备Al2O3含量为 0.03~0.08wt%的Cu-Al2O3弥散强化铜合金,与无氧铜相比,其σ0.2比无氧铜高2~6倍,抗退火软化温度可高达900℃以上,而导电率可达96%IACS及以上。又如公开号为CN105506329A的发明专利,公开了一种高Al2O3浓度 Cu-Al2O3纳米弥散强化合金的制备方法,该发明采用内氧化+机械球磨+二次内氧化工艺,对高Al含量的Cu-Al合金进行充分氧化,使得Al以纳米级 Al2O3的形式全部从铜中析出;尤其重要的是,机械合金化的高能球磨过程可显著改善Al2O3增强相的团聚和沿晶界分布现象,纳米级Al2O3粒子较均匀的弥散分布在铜基体中,同时形成大量的位错等缺陷可作为二次内氧化过程中氧的渗透通道,使得二次内氧化过程彻底进行,从而使得合金拥有优异的综合性能。采用本发明获得的合金,与无氧铜(如C10100、TU1)相比,其σ0.2比无氧铜高8~15倍,导电率达73~80%IACS。
内氧化工艺流程中的雾化具体又可分为水雾化和气(氮气或氩气)雾化,相对而言,气雾化制粉的成本比水雾化高,制粉装置价格更是昂贵,即便如此,现有技术中也多采用气雾化制粉,如前述两个发明专利。虽然水雾化粉末制备成本低、制粉装置价格低,但其制得粉末中不可避免的存在含量较高的初生Al2O3,这是由于高温铜铝熔液在水雾化时部分铝与水反应生成,无法避免。本领域公知,初生Al2O3颗粒粗大(通常为微米级),对材料的硬度、强度贡献很小,对材料的导电性能影响虽较小,但对材料的加工性能影响很大。另一方面,由于初生Al2O3颗粒粗大并分布于晶界上,尤其是分布于由粉末颗粒表面构建的界面上,在材料进行拉拔、锻造、轧制、冲压等塑性变形过程中,界面上粗大的Al2O3颗粒极易形成裂纹源,导致棒料、板材等加工型材开裂,从而降低加工产品的成品率。界面上粗大的Al2O3颗粒越多,Al2O3含量越大,材料的加工性能也就越差。通常热挤压后的Al2O3弥散强化铜基复合材料需经过塑性变形加工才能形成各种规格形状的产品,以满足市场的各种需求,因此,对采用水雾化制粉工艺来制备的Al2O3弥散强化铜材料,提高其加工性能具有积极而重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、加工性能好的Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法,由该方法制得的材料具有较好的导电性能和强度。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.1~1.0wt%的比例进行铜铝合金熔炼,所得铜铝熔液经水雾化设备雾化成粉,干燥,筛分,收集小于或等于300μm的粉末,得到铜铝合金粉;其中,雾化参数为:雾化温度为1150~ 1200℃,高压水流喷射角为50~55°,雾化水压为10~12Mpa,中间包温度为大于或等于900℃,漏眼为
Figure BSA0000222684750000021
2)所得铜铝合金粉置于还原气氛中高温退火,得到退火后的铜铝合金粉;
3)取氧源和退火后的铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为4∶2~6∶2进行混粉,得到混合粉末;其中氧源为经氧化的铜铝合金粉末;
4)所得混合粉末在保护气氛条件下进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉;
5)所得Cu-Al2O3粉置于滚筒球磨机中,以1∶1的球料体积比球磨2~5h,得到球磨后的粉体;
6)所得球磨后的粉体压制成型后按现有常规工艺制备得到Al2O3弥散强化铜基复合材料。
上述制备方法的步骤1)中,通过控制雾化参数制备得到颗粒相对粗大的铜铝合金粉末,申请人的试验结果表明,在上述雾化参数条件下制得的铜铝合金粉中粒径为150~300μm的粉末占粉末总量的50~60wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的20wt.%以下,通常是在10~20wt.%的范围,剩余的为粒径大于75μm且小于150μm的粉末。由于制备的粉末颗粒粗大,粉末比表面积小,雾化时粉末与水的接触面积小,再结合较低的雾化温度,使雾化制粉过程中生成的初生Al2O3含量大幅度降低。
上述制备方法的步骤2)中,通过高温退火操作使雾化所得的铜铝合金晶粒进一步长大,从而减少晶界,为后续内氧化工序中能够减少晶界上形成过多的、粗大的Al2O3铺垫。所述的退火优选是在700~900℃条件下进行,保温时间为1~1.5h。
上述制备方法的步骤3)中,优选是采用前述步骤1)雾化制得的铜铝合金粉中粒径小于或等于75μm的粉末为原料进行氧化制备氧源,无需使用价格昂贵的氧化铜粉为氧源,降低生产成本。此时,氧化优选是在160~200℃条件下进行,保温时间为3~6h。采用低温氧化有效避免氧化过程中粗大Al2O3的生成。
上述制备方法的步骤4)中,内氧化通常是在氮气或氩气保护下进行,内氧化温度为850~900℃,保温时间为4~6h。
上述制备方法的步骤5)中,球磨介质为硬质合金球。内氧化后的粉末经破碎所得的Cu-Al2O3粉末,其粒度组成基本不变(仍旧保持粒径为150~ 300μm的粉末占粉末总量的50~60wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的20wt.%以下,通常是在10~20wt.%的范围,剩余的为粒径大于75μm 且小于150μm的粉末)。选择滚筒球磨机作为球磨设备并以特定的球料体积比将内氧化并破碎后的粉末进行球磨,一方面使粉末中粗大的Al2O3颗粒得到破碎(Al2O3硬度高也较脆),另一方面使初生Al2O3嵌入到粗大的Cu-Al2O3颗粒内,从而使热挤压后的Al2O3弥散强化铜基复合材料晶界上或由粉末颗粒表面构建的界面上大颗粒Al2O3的数量得到大幅度减少,同时也减少了初生 Al2O3在晶界上或界面上的堆积,最终促使材料的加工性能得到大幅度提高。加工性能的提高直接使所得复合材料的成品率提高,断后延伸率也得到明显提升。申请人试验数据表明,按本申请所述方法制备Al2O3弥散强化铜基复合材料的成品率相对于未改进行之前提高10%以上。
上述制备方法的步骤6)中,球磨后的粉体采用现有常规方法将混合粉末压制成型,通常采用等静压成型,成型压力通常为150~200Mpa,保压时间为30~40s。球磨后的粉体在压制成型后通常是再经还原、烧结、包套、挤压等工序得到Al2O3弥散强化铜材料。所述的还原、烧结、包套、挤压等工序的操作与现有技术相同,具体的还原和烧结操作在氢气气氛下进行,还原温度优选为850~900℃,保温时间4~6h。烧结温度优选为950~1000℃,保温时间为4~6h。具体的包套操作可以是:将烧结锭装入内径与所述烧结锭外径相配合(通常烧结锭直径小于铜套内径1~2mm)的无氧铜套内(所述铜套的壁厚根据挤制棒外表铜层厚度要求来确定),然后焊接封套。在热挤压时,通常是在保护气氛下将包套后的烧结锭加热至850~950℃挤压成棒材或板材,挤压比优选是大于20∶1。挤压所得的棒材或板材根据需要进一步加工成所需规格的触头产品。其中还原和烧结工序也可以合并为一步进行。
与现有技术相比,本发明采用特定的水雾化参数制备铜铝合金粉再结合高温退火和特殊的滚筒球磨操作等工序,使制得的复合材料中初生Al2O3的含量大幅下降;另一方面,使所得复合材料的加工性能得到显著提高,相应的成品率也得到显著提升(提高10%以上),断后延伸率也得到较好的提升(提高5%以上)。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的Cu-Al2O3(0.3)的金相组织图,其中(a)为横向上的金相组织图,(b)为纵向上的金相组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.15wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1150℃~ 1200℃,高压水流喷射角50°,雾化水压10Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000041
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm的粉末占粉末总量的59wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的16wt.%,剩余的为粒径大于75μm 且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.11wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的粒径小于或等于75μm 的铜铝合金粉末,置于氧化炉中,升温至160℃,保温氧化3h,得到氧源(经检测,所得氧源中的氧含量为1.1wt%);
3)将步骤1)制得的铜铝合金粉的剩余部分置于氢气气氛中于750℃保温退火1.5h,得到退火后的铜铝合金粉;
4)将氧源和步骤3)所得退火后的铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为4∶2的配比置于V型混料器混粉1h,得到混合粉末;
5)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至850℃保温4h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量(有效Al2O3含量是指不包括初生Al2O3的Al2O3含量,下同)为 0.28wt.%);
6)所得Cu-Al2O3粉置于滚筒球磨机中,以硬质合金球为球磨介质,按1∶ 1的球料体积比球磨2h,得到球磨后的粉体;
7)所得球磨后的粉体装入橡胶套置于等静压机中进行冷等静压成型,压力控制为200Mpa,保压时间为30s,制得规格为
Figure BSA0000222684750000051
的压坯;所得压坯置于高温炉中,在氢气保护下升温至950℃烧结6h(还原同步进行),所得烧结锭装入无氧铜套内(所述烧结锭直径小于铜套内径1mm,铜套壁厚为 2.5mm),焊接封套;然后将包套后的烧结锭在氢气保护下升温至850℃,挤压成规格为
Figure BSA0000222684750000052
的棒材;之后按单道次变形量25%将挤压所得棒材拉拔至
Figure BSA0000222684750000053
制得棒料。经统计,加工产品的成品率为95%。
对本实施例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB61,抗拉强度395MPa,导电率92.5%IACS,断后延伸率21%。
对比例1
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.15wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,将铜铝熔液过热到1300~1350℃,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1300~1350℃,高压水流喷射角70°,雾化水压 20Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000054
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm 的粉末占粉末总量的10wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的 75wt.%,剩余的为粒径大于75μm且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.30wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的粒径小于或等于75μm 的铜铝合金粉末,置于氧化炉中,升温至160℃,保温氧化3h,得到氧源(经检测,所得氧源中的氧含量为1.1wt%);
3)将氧源和步骤1)所得铜铝合金粉的剩余部分按氧源中氧含量和铜铝合金粉中铝含量的原子比为4∶2的配比置于V型混料器混粉1h,得到混合粉末;
4)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至850℃保温4h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量为0.28wt.%);
5)所得粉体装入橡胶套按实施例1中步骤7)的工艺制成
Figure BSA0000222684750000055
的棒料。经统计,加工产品的成品率为85%。
对本对比例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB60,抗拉强度396MPa,导电率92.5%IACS,断后延伸率16%。
实施例2
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.25wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1150℃~ 1200℃,高压水流喷射角52°,雾化水压12Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000061
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm的粉末占粉末总量的55wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的18wt.%,剩余的为粒径大于75μm 且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.14wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的粒径小于或等于75μm 的铜铝合金粉末,置于氧化炉中,升温至180℃,保温氧化4h,得到氧源(经检测,所得氧源中的氧含量为1.7wt%);
3)将步骤1)制得的铜铝合金粉的剩余部分置于氢气气氛中于800℃保温退火1.5h,得到退火后的铜铝合金粉;
4)将氧源和步骤3)所得退火后的铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为4∶2的配比置于V型混料器混粉2h,得到混合粉末;
5)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至900℃保温6h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量为0.47wt.%);
6)所得Cu-Al2O3粉置于滚筒球磨机中,以硬质合金球为球磨介质,按1∶ 1的球料体积比球磨3h,得到球磨后的粉体;
7)所得球磨后的粉体装入橡胶套置于等静压机中进行冷等静压成型,压力控制为150Mpa,保压时间为30s,制得规格为
Figure BSA0000222684750000062
的压坯;所得压坯置于高温炉中,在氢气保护下升温至950℃烧结2h(还原同步进行),所得烧结锭装入无氧铜套内(所述烧结锭直径小于铜套内径1mm,铜套壁厚为 2.5mm),焊接封套;然后将包套后的烧结锭在氢气保护下升温至850℃,挤压成规格为
Figure BSA0000222684750000063
的棒材;之后按单道次变形量20%将挤压所得棒材拉拔至
Figure BSA0000222684750000064
(其中拉拔至
Figure BSA0000222684750000065
时进行一次中间退火,退火工艺为:700℃氢气保护保温1h),制得丝材。经统计,加工产品的成品率为91%。
对本实施例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB75,抗拉强度495MPa,导电率90.5%IACS,断后延伸率17%。
对比例2
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.25wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,将铜铝熔液过热到1300~1350℃,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1300~1350℃,高压水流喷射角70°,雾化水压 20Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000066
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm 的粉末占粉末总量的8wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的73wt.%,剩余的为粒径大于75μm且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.32wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的粒径小于或等于75μm 的铜铝合金粉末,置于氧化炉中,升温至180℃,保温氧化4h,得到氧源(经检测,所得氧源中的氧含量为1.7wt%);
3)将氧源和步骤1)所得铜铝合金粉的剩余部分按氧源中氧含量和铜铝合金粉中铝含量的原子比为4∶2的配比置于V型混料器混粉2h,得到混合粉末;
4)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至900℃保温6h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量为0.47wt.%);
5)所得粉体装入橡胶套按实施例2中步骤7)的工艺制成
Figure BSA0000222684750000071
的丝材。经统计,加工产品的成品率为80%。
对本对比例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB74,抗拉强度494MPa,导电率90%IACS,断后延伸率12%。
实施例3
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.6wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1150℃~ 1200℃,高压水流喷射角55°,雾化水压11Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000072
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm的粉末占粉末总量的50wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的20wt.%,剩余的为粒径大于75μm 且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.20wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的的粒径小于或等于 75μm的铜铝合金粉末置于氧化炉中,升温至200℃,保温氧化6h,得到氧源 (经检测,所得氧源中的氧含量为3.1wt%);
3)将步骤1)制得的铜铝合金粉的剩余部分置于氢气气氛中于900℃保温退火1h,得到退火后的铜铝合金粉;
4)将氧源和步骤3)所得退火后的铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为5∶2的配比置于V型混料器混粉1.5h,得到混合粉末;
5)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至900℃保温6h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量为1.1wt.%);
6)所得Cu-Al2O3粉置于滚筒球磨机中,以硬质合金球为球磨介质,按1∶ 1的球料体积比球磨5h,得到球磨后的粉体;
7)所得球磨后的粉体装入橡胶套置于等静压机中进行冷等静压成型,压力控制为170Mpa,保压时间为30s,制得规格为
Figure BSA0000222684750000081
的压坯;所得压坯置于高温炉中,在氢气保护下升温至950℃烧结4h(还原同步进行),所得烧结锭装入无氧铜套内(所述烧结锭直径小于铜套内径1mm,铜套壁厚为 2.5mm),焊接封套;然后将包套后的烧结锭在氢气保护下升温至850℃,挤压成规格为
Figure BSA0000222684750000082
的棒材;之后按单道次变形量15%将挤压所得棒材拉拔至
Figure BSA0000222684750000083
(其中拉拔至
Figure BSA0000222684750000084
时进行一次中间退火,退火工艺为:700℃氢气保护保温1h),制得丝材。经统计,加工产品的成品率为83%。
对本实施例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB80,抗拉强度595MPa,导电率79%IACS,断后延伸率9%。
对比例3
1)将1号电解铜置于高纯石墨坩埚中,用干燥木炭覆盖其上(木炭覆盖层厚度50~60mm),然后置于中频感应炉熔炼,熔炼温度为1150~1200℃;之后按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.6wt.%的比例加入铜铝中间合金,继续熔炼,将铜铝熔液过热到1300~1350℃,所得铜铝熔液经高压水雾化设备进行雾化(雾化温度为1300~1350℃,高压水流喷射角70°,雾化水压20Mpa,中间包温度900~950℃,漏眼
Figure BSA0000222684750000085
),所得粉末干燥,过筛(300μm),收集筛下物,即为铜铝合金粉(经检测,所得铜铝合金粉中粒径为150~300μm的粉末占粉末总量的8wt.%,粒径小于或等于75μm的粉末占粉末总量的 70wt.%,剩余的为粒径大于75μm且小于150μm的粉末;所得铜铝合金粉中初生Al2O3的含量为0.38wt.%);
2)从步骤1)制得的铜铝合金粉中筛选出一定量的粒径小于或等于75μm 的铜铝合金粉末置于氧化炉中,升温至200℃,保温氧化6h,得到氧源(经检测,所得氧源中的氧含量为3.1wt%);
3)将氧源和步骤1)所得铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为5∶2的配比置于V型混料器混粉1.5h,得到混合粉末;
4)所得混合粉末置于氧化炉中,在氮气保护下升温至900℃保温6h进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉块,破碎,得到Cu-Al2O3粉(经检测,所得Cu-Al2O3粉中有效Al2O3含量为1.1wt.%);
5)所得粉体装入橡胶套按实施例3中步骤7)的工艺制成
Figure BSA0000222684750000086
的丝材。经统计,加工产品的成品率为70%。
对本对比例制得的产品进行900℃退火1h后检测力学物理性能,结果如下:硬度HRB79,抗拉强度593MPa,导电率78%IACS,断后延伸率3%。

Claims (3)

1.一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按最终所得铜铝合金粉中铝的含量为0.1~1.0wt%的比例进行铜铝合金熔炼,所得铜铝熔液经水雾化设备雾化成粉,干燥,筛分,收集小于或等于300μm的粉末,得到铜铝合金粉;其中,雾化参数为:雾化温度为1150~1200℃,高压水流喷射角为50~55°,雾化水压为10~12MPa ,中间包温度为大于或等于900℃,漏眼为φ6~φ7mm;
2)所得铜铝合金粉置于还原气氛中高温退火,得到退火后的铜铝合金粉;所述退火在700~900℃条件下进行,保温时间为1~1.5h;
3)取氧源和退火后的铜铝合金粉按氧源中氧含量和退火后的铜铝合金粉中铝含量的原子比为4:2~6:2进行混粉,得到混合粉末;其中氧源为经氧化的铜铝合金粉末,所述氧化在160~200℃条件下进行,保温时间为3~6h;
4)所得混合粉末在保护气氛条件下进行内氧化,得到Cu-Al2O3粉;
5)所得Cu-Al2O3粉置于滚筒球磨机中,以1:1的球料体积比球磨2~5h,得到球磨后的粉体;
6)所得球磨后的粉体压制成型后按现有常规工艺制备得到Al2O3弥散强化铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是,步骤5)中,内氧化在850~900℃条件下进行,保温时间为4~6h。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是,步骤7)中,球磨后的粉体压制成型后再经还原、烧结、包套、挤压工序得到Al2O3弥散强化铜材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101202168A (zh) * 2007-10-23 2008-06-18 福达合金材料股份有限公司 新型银氧化锌触头材料制备工艺
CN101613816A (zh) * 2009-07-20 2009-12-30 温州宏丰电工合金有限公司 原位生成多元弥散强化铜基复合材料及其制备方法
CN102161098A (zh) * 2011-03-29 2011-08-24 长沙拓智金属材料科技有限责任公司 超高压水气组合雾化制备低氧含量微细预合金粉末的方法
CN105441815A (zh) * 2015-03-13 2016-03-30 泉州天智合金材料科技有限公司 一种金刚石工具用改性超细低氧水雾化合金粉末制备方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101202168A (zh) * 2007-10-23 2008-06-18 福达合金材料股份有限公司 新型银氧化锌触头材料制备工艺
CN101613816A (zh) * 2009-07-20 2009-12-30 温州宏丰电工合金有限公司 原位生成多元弥散强化铜基复合材料及其制备方法
CN102161098A (zh) * 2011-03-29 2011-08-24 长沙拓智金属材料科技有限责任公司 超高压水气组合雾化制备低氧含量微细预合金粉末的方法
CN105441815A (zh) * 2015-03-13 2016-03-30 泉州天智合金材料科技有限公司 一种金刚石工具用改性超细低氧水雾化合金粉末制备方法
JP2018048358A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 オイレス工業株式会社 銅基焼結合金含油軸受

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