CN113351868B - 高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料及其制备方法，制备得到的高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的密度≤6.95g/cm3，孔隙率≥22％且压溃强度≥160MPa；并且在孔隙率为22～31％时，粉末冶金纯铜材料的压溃强度随其孔隙率的增大而提高，实现了在材料高孔隙率的同时提高强度的技术效果，具有强度高、成本低、工艺稳定等优点，适合于批量生产。

Description

高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料及其制备方法。
背景技术
成形和烧结是制备粉末冶金材料与零件的主要工艺流程，通过对生坯密度和烧结条件的控制可以制备出多孔或致密材料。高孔隙率材料，即多孔材料具有比重小、渗透性好、减震消音、比表面积大等优点，这些特点使得高孔隙率纯铜粉末冶金材料在工业过滤、电化学催化、机械轴承、电磁屏蔽等方面均有广泛应用，包括航空航天、化学化工、冶金、医药、建筑、3C等行业。
一般而言，材料的强度随孔隙率的增大而下降，A.E.Simone和L.J.Gibson于1995年发表的《THE Tensile Strength of Porous Copper Made by the GASAR Process》指出定向凝固纯铜材料而的屈服强度和拉伸强度随孔隙率的升高线性下降，但孔隙的分布和形貌同样可影响材料强度，L.J.Gibson和M.F.Ashby于1997年发表《Cellular SolidsStructure and Properties》指出材料孔隙的形貌不规则或分布不规则会导致强度的下降。低强度高孔隙率的粉末冶金纯铜材料在使用过程中容易失效断裂，造成安全隐患。
因此，如何获得一种孔隙球形度高的高强度高孔隙率的粉末冶金纯铜材料及其制备方法是现阶段急需解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料及其制备方法，该高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的密度≤6.95g/cm3，孔隙率≥22％且压溃强度≥160MPa，实现了在材料高孔隙率的同时提高强度的技术效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料。
该高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的密度≤6.95g/cm3，孔隙率≥22％，压溃强度≥160MPa；并且在孔隙率为22～31％时，所述粉末冶金纯铜材料的压溃强度随其孔隙率的增大而提高。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的制备方法。
该高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的制备方法包括以下步骤：
采用纯铜粉为原料，并对所述纯铜粉进行模压成形，得到生坯；所述生坯的密度为7.8～8.3g/cm3；
对所述生坯在还原气氛下烧结处理，得到所述高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料。
进一步的，所述纯铜粉为电解铜粉、雾化铜粉或还原铜粉；所述纯铜粉的铜含量≥99.5％，所述纯铜粉的粒径≤150μm。
进一步的，所述模压成形方式为冷压成形或温压成形；压制压强为500～800MPa。
进一步的，所述还原气氛烧结处理的工艺条件为：先以5～10℃/min升温至500～700℃，然后以1～5℃/min升温至1000～1080℃，保温1～4h后自然冷却。
进一步的，所述还原气氛烧结处理的还原气体包括但不限于纯氢气、氢气和氮气的混合气体、分解氨、一氧化碳中的任一种。
进一步的，所述还原气体为氢气和氮气的混合气体，所述氮气和氢气的体积比为(1～5)：(1～5)。
在本发明中，由于压制压力较高，生坯密度较大，生坯内部存在残余应力和大量闭孔，实验测试，在低温条件下残余应力已释放完全，孔隙收缩阻力减小，在中低温(≤750℃)烧结条件下生坯径向收缩率为正，生坯未发生膨胀，证明残余应力在低温条件下已被消除，继续升高烧结温度导致闭孔内气压增大，造成膨胀，形成高孔隙率纯铜材料(可参见图3)。
并且，随着生坯密度的升高，闭孔数量增多，烧结后形成的材料孔隙率增大，孔隙球形度增大，导致材料强度增加。
本发明的有益效果：
将模压成形和还原气氛烧结工艺相结合，先利用模压成形得到密度为7.8～8.3g/cm3的生坯，然后对生坯进行还原烧结，制备得到孔隙率≥22％且压溃强度≥160MPa的高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料，具有强度高、成本低、工艺稳定等优点，适合于批量生产。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中还原气氛烧结工艺的曲线图；
图3为本发明实施例中不同烧结温度下高密度纯铜生坯径向收缩率曲线；
图4为本发明实施例3中高强度高孔隙率粉末冶金纯铜样品的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1中高强度高孔隙率粉末冶金纯铜样品的扫描电镜图；
图6为本发明实施例中不同孔隙率粉末冶金纯铜材料强度曲线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提供了一种高强度高孔隙率纯铜粉末冶金材料的制备方法，并且利用该方法制备得到的粉末冶金纯铜材料的密度≤6.95g/cm3，孔隙率≥22％且压溃强度≥160MPa；而且在孔隙率为22～31％时，粉末冶金纯铜材料的压溃强度随其孔隙率的增大而提高，具有强度高、成本低、工艺稳定等优点，适合于批量生产。
图1示出了本发明中高强度高孔隙率纯铜粉末冶金材料的制备方法的流程示意图。
该高强度高孔隙率纯铜粉末冶金材料制备方法的具体步骤如下：
1)选取铜含量≥99.5％的纯铜粉为原料，纯铜粉可以是电解铜粉、雾化铜粉或还原铜粉，纯铜粉的粒径≤150μm。
2)进行模压成形，得到生坯；模压成形方式可以为冷压或温压，压制压强为500～800MPa，成形后的生坯密度为7.8～8.3g/cm3。
3)对成形后的生坯在还原气氛下烧结，得到高强度高孔隙率纯铜粉末冶金材料；其中，还原气体包括但不限于纯氢气、氢气和氮气的混合气体、分解氨、一氧化碳中的任一种。
还原气氛烧结处理的工艺条件为：先以5～10℃/min升温至500～700℃，然后以1～5℃/min升温至1000～1080℃，保温1～4h后自然冷却。
下面将结合具体实施例对本发明中的高强度高孔隙率纯铜粉末冶金材料及其制备方法进行具体说明。
实施例1
以电解铜粉为原料，采用单轴双向压制成密度为8.02g/cm3的生坯，压制压强为643MPa，生坯外径为12.2mm，内径为6.00mm，置于烧结炉内，炉内通还原气体，还原气体为氢气和氮气的混合气体，流量为500mL/min，氮气和氢气的体积比为1：1。其中烧结工艺条件为：先以10℃/min升温至700℃，然后以5℃/min升温至1050℃，保温2h后自然冷却。
原料材质单
Figure BDA0003108553660000061
制得粉末冶金纯铜材料的密度为6.25g/cm3，孔隙率为29.78％，压溃强度为229.04MPa。
实施例2
生坯密度提高至7.84g/cm3，压制压强为587MPa，其他条件与实施例1相同。
制得粉末冶金纯铜材料密度为6.40g/cm3，孔隙率为28.09％，压溃强度为202.93MPa。
实施例3
生坯密度提高至7.99g/cm3，压制压强为609MPa，烧结温度为1055℃，保温4小时后自然冷却，其他条件与实施例1相同。
制得粉末冶金纯铜材料密度为6.81g/cm3，孔隙率为23.47％，压溃强度为191.36MPa。
结合图4、图5和图6所示，本发明中制备得到的纯铜粉末冶金材料其强度随着孔隙率的升高而增大。
并且由实施例1～实施例3也可以看出：当纯铜粉末冶金材料的孔隙率由23.47％上升至29.78％时，其强度由191.36MPa提高至229.04MPa。而且在实际操作中，经过大量实验发现本发明中纯铜粉末冶金材料的孔隙率的平均值达到30.16％，在该孔隙率下其强度达到221.25MPa。而相对比采用传统工艺制备得到的纯铜材料其强度随着孔隙率的升高而减小，当平均孔隙率由24.86％上升到34.67％时，其平均强度由156.37MPa下降至50.06MPa；而当孔隙率为31.09％，其强度为84.71MPa。因此，在孔隙率高于22％的条件下，本发明制备得到的纯铜粉末冶金材料强度更高，且强度优势随着孔隙率的增大而增大。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料，其特征在于，所述粉末冶金纯铜材料的密度≤6.95g/cm3，孔隙率≥22％，压溃强度≥160MPa；并且在孔隙率为22～31％时，所述粉末冶金纯铜材料的压溃强度随其孔隙率的增大而提高；当孔隙率的平均值为30.16％时，压溃强度为221.25MPa；
所述高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料的制备方法包括以下步骤：
采用纯铜粉为原料，并对所述纯铜粉进行模压成形，得到生坯；所述生坯的密度为7.8～8.3g/cm3；
对所述生坯在还原气氛下烧结处理，得到所述高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料；所述还原气氛下 烧结处理的工艺条件为：先以5～10℃/min升温至500～700℃，然后以1～5℃/min升温至1000～1080℃，保温1～4h后自然冷却。
2.根据权利要求1所述的高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料，其特征在于，所述纯铜粉为电解铜粉、雾化铜粉或还原铜粉；所述纯铜粉的铜含量≥99.5％，所述纯铜粉的粒径≤150μm。
3.根据权利要求1所述的高强度高孔隙率粉末冶金纯铜材料，其特征在于，所述模压成形方式为冷压成形或温压成形，压制压强为500～800MPa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363085A (zh) * 2008-09-19 2009-02-11 广州有色金属研究院 一种模压球形铜粉制备多孔材料的方法
CN101457324B (zh) * 2009-01-08 2011-07-27 韶关市富洋粉末冶金有限公司 低密度、高强度的高性能粉末冶金衬套及其制备方法
CN101658931B (zh) * 2009-09-22 2011-06-01 常熟市华德粉末冶金有限公司 粉末冶金稀土铁铝黄铜含油轴承材料及其制备工艺
CN102943224B (zh) * 2012-11-30 2014-12-10 东北大学 一种铜合金基自润滑复合材料及其制备方法
CN103305718B (zh) * 2013-06-18 2015-09-09 北京科技大学 一种高速压制成形制备Al2O3弥散强化铜合金的方法
CN103521757B (zh) * 2013-10-22 2015-10-28 东南大学 含稀土氧化物的粉末冶金铁铜基含油减摩材料及制备方法
CN103769589B (zh) * 2014-01-16 2015-11-18 西安交通大学 一种高强韧高导电纯铜烧结块材的制备方法
JP2016028823A (ja) * 2014-07-25 2016-03-03 日華化学株式会社 焼結性接合材料及びそれを用いた接合方法
CN111664182A (zh) * 2020-05-26 2020-09-15 南京理工大学 一种粉末冶金自润滑含油轴承及其制备方法
CN111963573A (zh) * 2020-07-31 2020-11-20 广州金南磁性材料有限公司 一种含油轴承及其制备方法和应用

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