專利名稱：一種Al₂O₃彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅合金復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金是一類具有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的新型結(jié)構(gòu)功能材料，在現(xiàn)代電子技術(shù)和電工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，隨著電子工業(yè)的發(fā)展而成為銅合金材料的研究熱點(diǎn)之一。Cu-Al2O3復(fù)合材料的制備工藝較多，其中Cu-Al合金粉末內(nèi)氧化法是目前規(guī)?；苽湫阅軆?yōu)良的Cu-Al2O3復(fù)合材料的比較成熟的方法。其常用技術(shù)流程為熔煉Cu-Al合金一Cu-Al合金粉末(水霧化法或N2霧化)一干燥的Cu-Al合金粉末與Cu2O粉末混合一真空爐內(nèi)進(jìn)行內(nèi)氧化混合粉末一H2中除去殘余氧一包套、抽真空、等靜 壓制坯、燒結(jié)一熱擠壓一冷拉拔成型。該工藝中Cu-Al合金經(jīng)熔煉后，氮?dú)忪F化噴粉，得到Cu-Al合金粉末。合金粉和適量的Cu2O氧化劑混合后在密閉容器中進(jìn)行內(nèi)氧化,一般需要10-20小時(shí)，且要經(jīng)過(guò)制取合金粉(霧化)，壓制、燒結(jié)、熱等靜壓等工序，周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜。由于這種制造技術(shù)工藝流程復(fù)雜，造成材料質(zhì)量控制困難，成本非常高，極大地限制了其推廣應(yīng)用。我國(guó)市場(chǎng)上的彌散銅大多為美國(guó)、日本公司產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)規(guī)模非常小，難以滿足國(guó)防和社會(huì)發(fā)展需求。因此發(fā)展新的技術(shù)以簡(jiǎn)化工藝、降低成本、提高效率、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，成為一個(gè)十分重要的任務(wù)，也是目前Cu-Al2O3復(fù)合材料推廣應(yīng)用中面臨的主要問(wèn)題。彌散強(qiáng)化銅的發(fā)展主要是制備技術(shù)的發(fā)展。彌散強(qiáng)化銅制備技術(shù)的關(guān)鍵是如何獲得超細(xì)強(qiáng)化微粒均勻分布在高導(dǎo)電的純銅基體之上，以獲得高彌散強(qiáng)化效果的高導(dǎo)電銅基復(fù)合材料。其制備技術(shù)主要發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的粉末冶金法、改進(jìn)的粉末冶金法和其它制備新技術(shù)I、傳統(tǒng)粉末冶金法傳統(tǒng)粉末冶金法的主要工藝過(guò)程包括⑴制取復(fù)合粉末；⑵復(fù)合粉末成形；(3)復(fù)合粉末燒結(jié)。Cu-Al2O3復(fù)合材料制品的性能與Al2O3的大小、數(shù)量及分布關(guān)系密切。Al2O3/Cu復(fù)合材料制品的性能與Al2O3的大小、數(shù)量及分布關(guān)系密切，傳統(tǒng)的粉末冶金法的粉體制備技術(shù)為機(jī)械混合法，它是把一定比例的Cu粉與Al2O3增強(qiáng)顆粒粉末混合均勻，壓制成型后再燒結(jié)成燒結(jié)體預(yù)制件。這種傳統(tǒng)方法工藝成熟，但制品性能，尤其是強(qiáng)度和導(dǎo)電率偏低。這與Al2O3粉末的粒徑較大(微米量級(jí))，彌散強(qiáng)化效果較低有關(guān)。2、改進(jìn)的粉末冶金法改進(jìn)的粉末冶金法與傳統(tǒng)粉末冶金法的最大區(qū)別在于粉體制備技術(shù)的改進(jìn)，主要有機(jī)械合金化法、共沉淀法、溶膠-凝膠法和原位還原法等。采用機(jī)械合金化法雖然無(wú)需燒結(jié)、熔融鑄造就可得到顆粒細(xì)小、分散均勻的復(fù)合材料，但球磨的過(guò)程中復(fù)合粉末容易受到污染，制品晶粒較大，制品性能低，且由于球磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。共沉淀和溶膠-凝膠法制得的氧化鋁彌散銅復(fù)合粉雖然末受還原工藝和原料純度的影響，但燒結(jié)制品性能相對(duì)較低。
3.其它制備新技術(shù)近年來(lái)涌現(xiàn)出許多彌散強(qiáng)化銅制備新技術(shù)，如反應(yīng)噴射沉積、復(fù)合電沉積、真空混合鑄造和放熱彌散法(XD法)等，其主要目的在于保持傳統(tǒng)彌散強(qiáng)化銅制品性能的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化制備工藝，降低彌散強(qiáng)化銅的生產(chǎn)成本，以促進(jìn)彌散強(qiáng)化銅的推廣應(yīng)用。但是這些新技術(shù)在應(yīng)用中仍有一定的局限性，例如復(fù)合電沉積法顆粒在鍍液中的均勻穩(wěn)定懸浮不易控制，另外制品中Al2O3含量和復(fù)合材料制品尺寸大小受到限制。彌散強(qiáng)化材料的強(qiáng)度不僅取決于基體和彌散相的本性、而且決定于彌散相的含量、粒度和分布、形態(tài)以及彌散相與基體的結(jié)合情況，同時(shí)也與制備工藝(例如加工方式，加工條件)有關(guān)
發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟I)稱取低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O,并將其混合均勻；其中低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末的組成成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為鋁O. 3-0. 5%, Ce :0. 2-0. 3%，余量為Cu，粒度為-200目；Cr粉為工業(yè)純，粒度為-200目；Cu20為工業(yè)純，粒度為-150目至+320目，低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為(5-7) I ;低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為(10-12) I。2)將混合后的粉末進(jìn)行內(nèi)氧化；溫度為840-860°C，時(shí)間為16-20小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。3)將第2)步獲得的粉末于氫氣還原爐內(nèi)還原，還原溫度約820°C _840°C，時(shí)間約2-3小時(shí)。4)然后將第3)步獲得的粉末裝入橡膠模密封后在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為320_350MPa。5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860°C之間鍛壓成型。本發(fā)明具有如下有益效果I)本發(fā)明制備的材料在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了各組份及其添加比例，特別是添加了適量的稀土 Ce，提高了基體的性能；控制適量的Al2O3，使得材料的顯微硬度達(dá)到150HV ;抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa?？刂艭r的添加量使得制備的材料具有耐電壓、抗燒損、抗熔焊和低截流特性。這些特性使得本發(fā)明的材料可用作觸頭材料。2)本發(fā)明終成型采用鍛造工藝，使得合金的微觀組織分布均勻，使得電學(xué)性能和力學(xué)性能優(yōu)異。3)本發(fā)明的方法比傳統(tǒng)工藝流程短，大大縮短了彌散強(qiáng)化銅合金的生產(chǎn)周期，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟I)稱取低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O,并將其混合均勻；其中低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末的組成成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為鋁0.3%，Ce :0. 3%，余量為Cu，粒度為-200目；Cr粉為工業(yè)純，粒度為-200目；Cu20為工業(yè)純，粒度為-150目至+320目，低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為5 I ;低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為12 I。2)將混合后的粉末進(jìn)行內(nèi)氧化；溫度為840°C，時(shí)間為20小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。3)將第2)步獲得的粉末于氫氣還原爐內(nèi)還原，還原溫度約820°C，時(shí)間約3小時(shí)。4)然后將第3)步獲得的粉末裝入橡膠模密封后在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為320MPa。 5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860°C之間鍛壓成型。實(shí)施例二一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟I)稱取低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O,并將其混合均勻；其中低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末的組成成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為鋁0.5%，Ce :0. 2%，余量為Cu，粒度為-200目；Cr粉為工業(yè)純，粒度為-200目；Cu20為工業(yè)純，粒度為-150目至+320目，低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為7 I ;低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為10 I。2)將混合后的粉末進(jìn)行內(nèi)氧化；溫度為860°C，時(shí)間為16小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。3)將第2)步獲得的粉末于氫氣還原爐內(nèi)還原，還原溫度約840°C，時(shí)間約2小時(shí)。4)然后將第3)步獲得的粉末裝入橡膠模密封后在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為350MPa。5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860°C之間鍛壓成型。實(shí)施例三一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟I)稱取低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O,并將其混合均勻；其中低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末的組成成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為鋁O. 4%，Ce :0. 25%，余量為Cu，粒度為-200目；Cr粉為工業(yè)純，粒度為-200目；Cu20為工業(yè)純，粒度為-150目至+320目，低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為6 I ;低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為11 I。2)將混合后的粉末進(jìn)行內(nèi)氧化；溫度為850°C，時(shí)間為18小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。3)將第2)步獲得的粉末于氫氣還原爐內(nèi)還原，還原溫度約830°C，時(shí)間約2. 5小時(shí)。4)然后將第3)步獲得的粉末裝入橡膠模密封后在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為335MPa。5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860°C之間鍛壓成型。
申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的
保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 1)稱取低固溶度稀土Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O,并將其混合均勻；其中低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末的組成成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為鋁0. 3-0. 5%, Ce :0. 2-0. 3%，余量為Cu，粒度為-200目；Cr粉為工業(yè)純，粒度為-200目；Cu20為工業(yè)純，粒度為-150目至+320目，低固溶度稀土 Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為(5-7) I ;低固溶度稀土Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為(10-12) I。
2)將混合后的粉末進(jìn)行內(nèi)氧化；溫度為840-860°C，時(shí)間為16-20小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。
3)將第2)步獲得的粉末于氫氣還原爐內(nèi)還原，還原溫度約820°C_840°C，時(shí)間約2_3小時(shí)。
4)然后將第3)步獲得的粉末裝入橡膠模密封后在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為 320_350MPa。
5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860°C之間鍛壓成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Al2O3彌散強(qiáng)化Cu/Cr復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟1)稱取低固溶度稀土Cu-Al合金粉末、Cr粉和Cu2O，并將其混合均勻；低固溶度稀土Cu-Al合金粉末與Cr粉混合重量份比例為(5-7)∶1；低固溶度稀土Cu-Al合金粉末與Cu2O的混合重量份比例為(10-12)∶1。2)內(nèi)氧化；溫度為840-860℃，時(shí)間為16-20小時(shí)；然后將其破碎并過(guò)篩；取-150目的篩下粉末。3)氫氣還原，還原溫度約820℃-840℃，時(shí)間約2-3小時(shí)。4)在冷等靜壓機(jī)中壓制成圓柱坯，壓制壓力為320-350MPa。5)將第4)步獲得的圓柱坯放入鍛壓模具中，在780-860℃之間鍛壓成型。
文檔編號(hào)C22C9/00GK102808099SQ20121030567
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者李艷 申請(qǐng)人:李艷