一種製備氧化鋁彌散強化銅基複合材料的方法與流程
2023-10-17 16:02:19 1
本發明涉及一種製備氧化鋁彌散強化銅基複合材料的方法，屬於粉末冶金技術領域。
背景技術：
純銅材料具有優良的導電導熱性能，但是其強度低，極大程度的限制了其應用領域，氧化鋁彌散強化銅是一類具有優良導電性能和力學性能的複合材料，被廣泛的運用於集成電路引線框架，連鑄機結晶器內襯，高速電氣化鐵路架空導線和電阻焊電極等，目前已經日益成為人們研究的熱點。氧化鋁彌散強化銅基複合材料是向銅基體中引入細小彌散分布的氧化鋁顆粒作為增強相，強化銅基體的複合材料。傳統的氧化鋁彌散強化銅合金的製備工藝流程為 ：Cu-Al合金+氧源（Cu2O）混合均勻→內氧化→破碎篩分→還原→破碎篩分→壓製成型→真空燒結成坯→錠坯包套→抽真空、封口→熱擠壓→拉拔。整個工藝存在流程複雜，周期長，工藝過程難以控制，能耗大，成本高等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供的一種製備氧化鋁彌散強化銅基複合材料的短流程製備方法，以簡化其製備流程，降低其製造成本。
本發明是一種製備氧化鋁彌散強化銅基複合材料的方法，其特徵在於具有如下的製備過程：
a，以水霧化法製備的Cu-Al合金粉為原料，其中Al元素的質量分數為0.2-0.6%；以Cu2O為氧化劑，Cu2O實際加入量為Cu-Al合金粉中Al被完全氧化所需Cu2O理論質量的0.7-0.9倍；將所述原料充分混合，混粉時間為12-16小時；
b，將上述混合粉末置於用於冷等靜壓成形的模具中，依次進行冷等靜壓成形、冷等靜壓的壓強為300-400MPa；保壓時間為1-5min；
c，對步驟b所得的冷等靜壓成形棒材，在電阻爐內對等靜壓試樣燒結和內氧化，燒結處理是在高純氮氣保護下950-1000℃處理1-2h，隨爐冷卻至室溫，隨後對得到的棒材進行機加工或線切割處理，製備得到氧化鋁彌散強化銅基複合材料。
本發明與傳統內氧化製備氧化鋁彌散強化銅基複合材料的工藝相比，不僅省去對內氧化後的粉末中剩餘的Cu2O進行氫還原，破碎篩分，熱擠壓等工藝流程，而且將內氧化與冷等靜壓後的燒結過程融合為一個過程，大大縮短了工藝流程，節省了大量的還原性氣體（氫氣），避免了額外添加的設備，降低了製造成本，提高了收益，減少了能耗；而且減少了中間環節造成的氧汙染，所得成品性能優異，產品質量穩定。採用本發明方法製備的彌散強化銅基複合材料，導電率大於79%IACS，維氏硬度超過115HV，具有較好的力學性能及導電性能。
附圖說明
圖1是本發明優選實施例1中，內氧化後試樣經濃硝酸腐蝕後剩餘粉末的XRD（X 射線衍射）圖。
圖2是本發明優選實施例2中，冷等靜壓燒結後所得棒材的SEM（掃描電鏡）圖。
圖3是本發明優選實施例3中，冷等靜壓燒結後的所得棒材的SEM（掃描電鏡）和EDS（能譜）圖。
圖4是本發明優選實施例3所製備的氧化鋁彌散強化銅基複合材料。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進行詳細說明：
實施例1
以湖南華邦粉末材料有限公司生產的-300目、Al質量含量為0.2%的水霧化Cu-Al合金粉末為原料，以-325目的Cu2O為氧化劑，Cu2O實際加入量為Al被完全氧化所需Cu2O理論質量的0.9倍，在滾筒混粉機中混合16小時。將混合粉末置於用於冷等靜壓成形的模具中，依次進行冷等靜壓成形、冷等靜壓的壓強為325MPa；保壓時間為5min，燒結處理是在電阻爐中在高純氮氣保護下950℃處理1h，隨爐冷卻至室溫，線切割下若干邊長為3mm的小方塊，用濃硝酸腐蝕後，過濾得到殘留粉末，用XRD(X射線衍射）對粉末檢測，結果如附圖1。隨後將剩餘複合材料機加工成規則圓柱狀，經測試，其導電率為85%IACS（國際退火銅標準），維氏硬度為115HV。
實施例2
以湖南華邦粉末材料有限公司生產的-300目、Al質量含量為0.4%的水霧化Cu-Al合金粉末為原料，以-325目的Cu2O為氧化劑，Cu2O實際加入量為Al被完全氧化所需Cu2O理論質量的0.8倍，在滾筒混粉機中混合16小時。將混合粉末置於用於冷等靜壓成形的模具中，依次進行冷等靜壓成形、冷等靜壓的壓強為325MPa；保壓時間為5min，燒結處理是在電阻爐中在高純氮氣保護下950℃處理1.5h，隨爐冷卻至室溫，隨後機加工成規則圓柱狀，經測試，其導電率為82%IACS（國際退火銅標準），維氏硬度為122HV。
實施例3
以湖南華邦粉末材料有限公司生產的-300目、Al質量含量為0.6%的水霧化Cu-Al合金粉末為原料，以-325目的Cu2O為氧化劑，Cu2O實際加入量為Al被完全氧化所需Cu2O理論質量的0.7倍，在滾筒混粉機中混合16小時。將混合粉末置於用於冷等靜壓成形的模具中，依次進行冷等靜壓成形、冷等靜壓的壓強為325MPa；保壓時間為5min，，燒結處理是在電阻爐中在高純氮氣保護下950℃處理2h，隨爐冷卻至室溫，隨後機加工成規則圓柱狀，經測試，其導電率為79%IACS（國際退火銅標準），維氏硬度為137HV。
有關本發明附圖的解釋說明
圖1為實施例1中內氧化後試樣經濃硝酸腐蝕後剩餘粉末的XRD(X射線衍射）圖，從圖譜中可以看出只有α-Al2O3和γ-Al2O3的峰，而不存在複雜氧化物CuAlO2的峰，可以推測Cu2O的基本完全反應。
圖2為實施例2中冷等靜壓燒結後所得棒材的橫截面SEM圖。從圖中可以看出，所得棒材在本工藝下已足夠緻密，因此本工藝可得到性能優良的氧化鋁彌散強化銅基複合材料。
圖3為實施例2中還原後粉末的SEM（掃描電鏡）和EDS（能譜）圖，其中（a）複合材料橫截面形貌掃描圖；（b）銅元素分布；（c）氧元素分布；（d）鋁元素分布；從圖中可以看出，鋁元素和氧元素均勻地分布在銅基體中，據此可知彌散相Al2O3顆均勻彌散的分布在Cu基體中。
圖4為實施例3中所製備的氧化鋁彌散強化銅基複合材料。