CN113369479A - 高致密粉末冶金纯铜材料制件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高致密粉末冶金纯铜材料制件及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：选取纯铜粉为原料，并对所述纯铜粉进行模压成形，得到生坯；所述生坯密度为6.0～7.8g/cm3；对所述生坯进行真空烧结，真空度≤1000Pa，得到所述高致密粉末冶金纯铜材料制件；烧结工艺条件为：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。该制备方法在低成本模压成形工艺条件下，结合真空烧结处理工艺，制备得到致密度≥98.7％的高致密粉末冶金纯铜材料制件，其致密度得到了突破，实现降低成本且提高材料的性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高致密粉末冶金纯铜材料制件及其制备方法。
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。目前国内高致密纯铜材料的主要制备方式为铸造和压力加工等方法，而粉末冶金法具有近净成形，少切削加工，组织均匀等优势，因此粉末冶金高致密纯铜材料与零件具有非常重要的研究意义。但基于孔隙是粉末冶金材料的固有属性，制备出高致密材料具有较大的难度。
《中国有色金属学报(英文版)》2005年倪东惠的文章“Warm compaction powdermetallurgy of Cu”发现纯铜粉末通过温压工艺制得密度为8.57g/cm3的生坯，烧结密度最高达8.83g/cm3，致密度达98.6％(纯铜理论密度为8.96g/cm3)，产品性能有大幅度提高。但温压烧结纯铜工艺需要制备高密度的生坯，对于模具磨损较大、存在设备投资大、操作复杂、成本高等问题，而成本低、操作简单的冷压烧结工艺制备的材料密度一般低于8.3g/cm3，影响了高致密粉末冶金纯铜材料与零件的应用。
因此，如何获得一种易操作，成本低，高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法是十分必要的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高致密粉末冶金纯铜材料制件及其制备方法，该制备方法在低成本模压成形工艺条件下，结合真空烧结处理工艺，制备得到致密度≥98.7％的高致密粉末冶金纯铜材料制件，其致密度得到了突破，实现降低成本且提高材料的性能的目的。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法。
该高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法包括以下步骤：
选取纯铜粉为原料，并对所述纯铜粉进行模压成形，得到生坯；所述生坯密度为6.0～7.8g/cm3；
对所述生坯进行真空烧结，真空度≤1000Pa，得到所述高致密粉末冶金纯铜材料制件；其中，烧结工艺条件为：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％。
进一步的，所述纯铜粉的粒径≤150μm。
进一步的，所述模压成形方式为冷压或温压成形；压制压强为200～600MPa。
进一步的，还包括真空烧结后加压处理，保压30～60min后冷却；其中，压强为0.1～10MPa。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种高致密粉末冶金纯铜材料制件。
根据上述的制备方法制备得到的粉末冶金纯铜材料制件，其密度≥8.84g/cm3，致密度≥98.7％。
本发明中，生坯在真空环境下烧结，由于真空环境下压坯孔隙内气体量的降低，气体产物更易排出孔隙以及溶于金属中气体的脱除，使得纯铜材料的致密性更高。
本发明的有益效果：
在低成本模压成形工艺条件下，结合真空烧结处理工艺，制备得到致密度≥98.7％的高致密粉末冶金纯铜材料制件，其致密度得到了突破，具有致密度高、成本低、尺寸精度高、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致密粉末冶金纯铜材料制件制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中真空烧结工艺的曲线图。
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，提供了一种高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法，并且采用该方法制备得到的粉末冶金纯铜材料制件的密度≥8.84g/cm3，致密度≥98.7％，具有致密度高、成本低、尺寸精度高、工艺稳定等优点，适合于批量生产。
图1示出了该高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法的流程示意图。
本发明中高致密粉末冶金纯铜材料制件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，纯铜粉可以为电解铜粉、雾化铜粉或还原铜粉；纯铜粉的粒径≤150μm。
2)对纯铜粉进行模压成形，得到生坯；模压成形方式可以为冷压或温压成形，压制压强为200～600MPa，成形后的生坯密度为6.0～7.8g/cm3。
3)对生坯进行真空烧结处理，真空度≤1000Pa，烧结工艺条件为：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，得到高致密粉末冶金纯铜材料制件。
在本发明的实施例中，真空烧结后还可以采用加压处理，保压30～60min后冷却；其中，压强0.1～10MPa。
在本发明实施例中，可以对制备得到的粉末冶金纯铜材料制件进行加工、整形，提高尺寸精度。
下面将结合具体实施例对本发明中的高致密粉末冶金纯铜材料制件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7.29g/cm3的生坯，压制压强为415.49MPa，生坯尺寸为Φ25×3mm，置于烧结炉内并抽真空，稳定状态下炉内真空度达1.6×10-1Pa，设置烧结工艺条件为：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
制得粉末冶金纯铜材料制件，其密度为8.85g/cm3，致密度98.8％。
实施例2
生坯密度提高至7.46g/cm3，压制压强为470.55MPa，真空度达5.0×10-2Pa，其他条件与实施例1相同。
制得粉末冶金纯铜材料制件，其密度为8.90g/cm3，致密度99.3％。
实施例3
生坯密度提高至7.61g/cm3，压制压强为495.45MPa，烧结温度为1080℃，保温2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制件的密度为8.86g/cm3，致密度98.9％。
实施例4
烧结后加压1MPa，保压30min，其他条件与实施例3相同。
制得粉末冶金纯铜材料制件，其密度为8.94g/cm3，致密度99.8％。
本发明中制备得到的纯铜材料制件的致密度高于98.7％，并且在实际操作中采用本发明中的制备方法制备得到的纯铜材料制件的致密度最高可达99.8％。而相比较于现有的温压烧结技术其制备得到的纯铜材料制件可达到的致密度最高为98.6％，本发明实现了相当或更佳的效果，并且本发明中的操作简易，降低成本。
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 (6)
1.一种高致密粉末冶金纯铜材料制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取纯铜粉为原料，并对所述纯铜粉进行模压成形，得到生坯；所述生坯密度为6.0～7.8g/cm3；
对所述生坯进行真空烧结，真空度≤1000Pa，得到所述高致密粉末冶金纯铜材料制件；其中，烧结工艺条件为：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所述的制备方法，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％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纯铜粉的粒径≤150μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模压成形方式为冷压或温压成形；压制压强为200～600MPa。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括真空烧结后加压处理，保压30～60min后冷却；其中，压强为0.1～10MPa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的粉末冶金纯铜材料制件，其特征在于，所述粉末冶金纯铜材料制件的密度≥8.84g/cm3，致密度≥98.7％。
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