CN1382816A - 一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法 - Google Patents

一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法 Download PDF

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一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法。将主要原料铝粉或者铜铝合金粉、铜粉、氧化剂,并配以添加元素镧、铈经压制成型、烧结反应合成,然后再挤压拉拔成材。由于增强相三氧化二铝颗粒的形成是在烧结过程中原位反应合成、反应界面新鲜、与基体铜的结合牢固,强化效果明显。该技术具有原材料准备简单、烧结与反应一步完成,材料性能优异等特点,且制备工艺过程易控制、复合材料增强相颗粒的弥散分布是通过加工变形来完成,很好的解决了颗粒增强金属基复合材料后续加工难的问题。

Description

一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法
(一)技术领域：金属基复合材料科学领域
(二)背景技术：公知的铜三氧化二铝复合材料的制备方法有以下几种：
1.粉末冶金法。将铜粉与氧化铝粉充分混合，经过粉末成形、烧结成预制件，然后经液相浸渗法向增强体预制件中熔渗铜，最终获得铜三氧化二铝复合材料。
2.机械合金化法。通过高能球磨或撞击的方法，使铜粉和增强相氧化铝充分混合、破碎，然后压紧、成型、烧结。从而获得铜三氧化二铝复合材料。
3.共沉淀法：以硝酸铜与硫酸铝为原料配制成含有一定体积分数三氧化二铝水溶液，在一定温度条件下添加一定体积摩尔浓度的铵溶液，经过沉淀过滤后，在一定温度烘干并引燃成氧化物，最后进行选择性还原处理。
4.复合电沉积法：将镀液中的氧化铝微粒与基体金属铜共同沉积在阴极表面，形成复合镀层的多层复合材料。
5.热还原生成法：选用铜铝合金粉、氧化铜粉，按照反应比例制成压坯，然后将压坯在熔铜温度下(1150-1250℃)压入铜合金，反应生成的三氧化二铝颗粒在电磁力的作用下弥散分布，浇注成铸锭再经冷加工，得到铜三氧化二铝复合材料。
6.内氧化法：将一定比例的铜铝合金粉与氧化介质均匀混合后，在密闭条件下进行内氧化；或者通过严格控制体系氧势在保证基体不被氧化的前提下使铝元素氧化。然后将混合粉末烧结、冷热变形制成铜三氧化二铝复合材料。
公知的制备方法虽然都获得了铜三氧化二铝复合材料，但都存在着明显的不足，主要表现为：粉末冶金法制备工艺复杂，成本高，生产效率低；机械合金化法制成的复合粉末在烧结的过程中会出现增强相三氧化二铝的偏聚和长大，影响复合材料的性能；共沉淀法和复合电沉积法对环境有污染，且共沉淀法得到的材料性能较低，复合电沉积法颗粒在镀液中均匀悬浮不易控制；热还原生成法产生的气体在铜液中不易排出，会引起铜液飞溅，生产中有安全隐患，且得到材料的颗粒弥散不均匀；内氧化法虽然制备的铜三氧化二铝复合材料综合性能较好，但在制备过程中，氧分压、氧化时间和氧化量难以控制，不利于工业化生产。
(三)发明内容：本发明的目的是针对公知技术存在的不足而提出的一种新方法，该方法是化学反应与烧结一步完成，三氧化二铝颗粒在原位生成，界面新鲜，与基体铜的结合牢固；且增强相三氧化二铝颗粒的弥散与加工变形同时进行，很好的解决了颗粒增强复合材料后续加工难的问题。
本发明是通过下面的技术方案实现的。
图1是本发明的工艺流程图，原料经配料并充分混合后，在钢模中压制成型，再通过烧结反应合成，生成需要的三氧化二铝颗粒及其分布，经复压复烧后，直接挤压(或者轧制)成为杆坯(或者带材)，再将杆坯(或者带材)冷拉拔或轧制加工后成为所需丝材或进一步加工成触点材料。一、原料成分及所占百分比：
(1)主原料：
   铜铝合金粉：1.0-30.0％(重量百分比)、粒度为100～-300目，或者铝粉
              (Al)：0.2-8.0％(重量百分比)、粒度为100～-300目；
氧化剂(如氧化铜粉(CuO)、氧化铁粉(Fe2O3)等氧化物)：
              0.05-10.0％(重量百分比)、粒度为0～-300目；
铜粉(Cu)：余量、粒度为100～-300目。
(2)添加元素：
  ①镧(La)：不超过总重量的0.05％；
  ②铈(Ce)：不超过总重量的0.02％。二、原料配方：
(1)主原料；
(2)主原料+添加元素①；
(3)主原料+添加元素②。三、技术条件：
(1)原料混料时间：2-35小时；
(2)压制成型压力：300-600MPa；
(3)烧结反应合成温度：100-1000℃分段保温反应；
(4)烧结反应合成气氛：真空(1～5×10-1Pa)；
(5)烧结反应合成时间：4-25小时；
(6)复压复烧温度：300～800℃；
(7)复压复烧压力：400～700MPa；
(8)挤压压力：500-700MPa。
与公知技术相比所具有的优点及积极效果：
1.烧结与反应合成一次完成，缩短了材料加工工序，降低了材料成本；
2.氧化铝增强相原位生成、与铜基体所形成的界面新鲜、结合牢固，且氧
  化铝颗粒大小可以通过工艺控制，以增强强化效果；
3.原料准备简单、工艺过程容易控制，材料性能优异。
(四)附图说明：图1是本发明工艺流程图。
(五)具体实施方式：
实施例一
按照0.53％Al(铝)(重量百分比)、2.34％CuO(氧化铜)、铜余量为原料，经过6小时混料后，在钢模中压制成型，压力为550MPa；成型后在真空条件下(2×10-1Pa)，先以100℃温度条件下保温2小时后，升温到850℃、保温5小时进行烧结反应合成；合成材料锭坯经过压力为500MPa、温度为500℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以500MPa的挤压力挤成线杆，最后冷拉拔成线(丝)材。或者，进一步加工成触点材料(如铆钉)。
实施例二
按照8.0％Cu-Al(铜铝合金粉)(重量百分比)、9.36％CuO(氧化铜)、0.04％La(镧)、铜余量为原料，经过2小时混料后，在钢模中压制成型，压力600MPa；成型后在真空条件下(1×10-1Pa)、先以120℃温度条件下保温2小时后，升温到950℃、保温3小时进行烧结反应合成；合成锭坯经过压力为550MPa、温度为600℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以650MPa的挤压力挤成线杆(或者扎制成板带)，最终拉拔成丝材(或者制成带材)。
实施例三
按照8.0％Cu-Al(铜铝合金粉)(重量百分比)、9.36％CuO(氧化铜)、0.04％Ce(铈)、铜余量为原料，经过2小时混料后，在钢模中压制成型，压力600MPa；成型后在真空条件下(1×10-1Pa)，先以180℃温度条件下保温1小时后，升温到1000℃、保温4小时进行烧结反应合成；合成锭坯经过压力为550MPa、温度为600℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以650MPa的挤压力挤成线杆(或者扎制成板带)，最终拉拔成丝材(或者制成带材)。

Claims (4)

1.采用本发明制备铜三氧化二铝复合材料，其特征在于：
1)工艺流程：原料经配料并充分混合后，在钢模中压制成型，再通过烧结反应合成，生成需要的三氧化二铝颗粒及其分布，经复压复烧后，直接挤压(或者轧制)成为杆坯(或者带材)，再将杆坯(或者带材)冷拉拔或轧制加工后成为所需丝材或进一步加工成触点材料，
(1)主原料：
铜铝合金粉：1.0-30.0％(重量百分比)、粒度为100～-300目，或者铝粉
            (Al)：0.2-8.0％(重量百分比)、粒度为100～-300目；
氧化剂(如氧化铜粉(CuO)、氧化铁粉(Fe2O3)等氧化物)：
            0.05-10.0％(重量百分比)、粒度为0～-300目；
铜粉(Cu)：余量、粒度为100～-300目，
(2)添加元素：
     ①镧(La)：不超过总重量的0.05％；
     ②铈(Ce)：不超过总重量的0.02％，
2)原料配方：
  (1)主原料；
  (2)主原料+添加元素①；
  (3)主原料+添加元素②，
3)技术条件：
  (1)原料混料时间：2-35小时；
  (2)压制成型压力：300-600MPa；
  (3)烧结反应合成温度：100-1000℃分段保温反应；
  (4)烧结反应合成气氛：真空(1～5×10-1Pa)；
  (5)烧结反应合成时间：4-25小时；
  (6)复压复烧温度：300～800℃；
(7)复压复烧压力：400～700MPa；
(8)挤压压力：500-700MPa。
2、根据权利要求1所述的方法制备铜三氧化二铝复合材料，其特征在于：按照0.53％Al(铝)(重量百分比)、2.34％CuO(氧化铜)、铜余量为原料，经过6小时混料后，在钢模中压制成型，压力为550MPa，成型后在真空条件下(2×10-1Pa)，先以100℃温度条件下保温2小时后，升温到850℃、保温5小时进行烧结反应合成；合成材料锭坯经过压力为500MPa、温度为500℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以500MPa的挤压力挤成线杆，最后冷拉拔成线(丝)材，或者，进一步加工成触点材料(如铆钉)。
3、根据权利要求1所述的方法制备铜三氧化二铝复合材料，其特征在于：按照8.0％Cu-Al(铜铝合金粉)(重量百分比)、9.36％CuO(氧化铜)、0.04％La(镧)、铜余量为原料，经过2小时混料后，在钢模中压制成型，压力600MPa，成型后在真空条件下(1×10-1Pa)、先以120℃温度条件下保温2小时后，升温到950℃、保温3小时进行烧结反应合成，合成锭坯经过压力为550MPa、温度为600℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以650MPa的挤压力挤成线杆(或者扎制成板带)，最终拉拔成丝材(或者制成带材)。
4、根据权利要求1所述的方法制备铜三氧化二铝复合材料，其特征在于：按照8.0％Cu-Al(铜铝合金粉)(重量百分比)、9.36％CuO(氧化铜)、0.04％Ce(铈)、铜余量为原料，经过2小时混料后，在钢模中压制成型，压力600MPa，成型后在真空条件下(1×10-1Pa)，先以180℃温度条件下保温1小时后，升温到1000℃、保温4小时进行烧结反应合成，合成锭坯经过压力为550MPa、温度为600℃条件下进行复压复烧以提高材料的致密度，然后以650MPa的挤压力挤成线杆(或者扎制成板带)，最终拉拔成丝材(或者制成带材)。
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