專利名稱：整體彌散銅制備用稀土銅合金材料的制備工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種整體彌散銅制備用稀土
銅鋁合金材料的制備工藝方法。禾u用其制備的彌散銅材料可用于大功率電真空 管、微電子器件管腳、集成電路弓l線框架、微波通信、電力輸送等領(lǐng)域，在國 防工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)具有廣泛應(yīng)用。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅基復(fù)合材料是一類具有優(yōu)良綜合性能的新型功能材料，既 具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，又具有高的強(qiáng)度和 的高溫性能。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，
尤其^Jl世紀(jì)70年代末美國SCM公司開發(fā)了 Glidcop系列A1203彌散強(qiáng)化Cu 復(fù)合材料以后，高3驢高導(dǎo)電銅基復(fù)合材料在美國、日本等發(fā)達(dá)國家開發(fā)研究 異?；钴S，并已進(jìn)入實(shí)用化階段。而我國對(duì)這類材料的研究起步較晚，到上世 紀(jì)80年代末90年代初進(jìn)行了這類材料的研究，但尚未m規(guī)?；瘜?shí)用化階段。
純銅和現(xiàn)有牌號(hào)的銅合金材料的導(dǎo)電性、強(qiáng)度及高溫性能往往難以兼顧， 不能全面滿足航空、航天、微電子等高技術(shù)迅速發(fā)m其綜合性能的要求，如 大規(guī)模集成電路用弓踐框架材料。按微電子技術(shù)發(fā)展所需指標(biāo)抗拉強(qiáng)度WOO MPa，電導(dǎo)驗(yàn)80。/。IACS，抗高溫軟化^it^800 K。彌散銅是一禾中具有高導(dǎo)電、 高強(qiáng)度、高抗軟化溫度的優(yōu)良電子結(jié)構(gòu)功能材料，廣泛應(yīng)用于大功率電真空管、 微電子器件管腳、集成電路弓戰(zhàn)框架、微波通信、電力輸送等領(lǐng)域，在國防工 業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)具有廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)彌散銅的制造技術(shù)多采用粉末冶金法，其中以粉末內(nèi)氧化粉末冶金法 應(yīng)用最為廣泛，其常用技術(shù)流程為合金熔煉—制粉—內(nèi)氧化—還原—壓制— 燒結(jié)—熱加工—冷加工。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。我國市場(chǎng)上的彌散銅大多為美 國、日本公司產(chǎn)品，國產(chǎn)規(guī)模非常小，難以滿足國防和社會(huì)發(fā)展需求。
彌散強(qiáng)化Al203-Cu復(fù)合材料，不僅強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和純銅相近，而且還具 有良好的抗電弧侵蝕、抗電磨損能力及較高的常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，是一種具 有廣闊應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)與功能材料。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)這類高純度、
高導(dǎo)電復(fù)合、材料的需求 越大。目前國外己將Al203-Cu復(fù)合材料應(yīng)用于以
下幾個(gè)方面(1)代替Ag基觸點(diǎn)材料；(2)作為導(dǎo)電彈性材料及計(jì)^M CPU
引線框架材料；(3)用于軍用大功率微波管結(jié)構(gòu)及高導(dǎo)電點(diǎn)焊電極材料。
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)
1、 傳統(tǒng)粉末冶金法
Al203/Cu復(fù)合材料制品的性能與A1203的大小、數(shù)鼓分布關(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 Al203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^203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。
3、 彌散強(qiáng)化銅制備新技術(shù)
近年來涌現(xiàn)出許多彌散強(qiáng)化銅制備新技術(shù)，如反應(yīng)噴身t沉積、復(fù)合電沉積、 真空混賴造和XD纟縛，其主要目的在于保劍專統(tǒng)彌散強(qiáng)化銅制品性能的基 礎(chǔ)上降低彌散強(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。
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)合瞎況，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
本發(fā)明主要針對(duì)國防工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)、微電子行業(yè)小尺寸彌散銅制造 的需要而提出，即提出一種整體彌散銅制備用稀土銅合金材料的制備工藝方法， 使該材料制備的彌散銅具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高抗軟化溫度的特點(diǎn)，并使該 制備方法具有內(nèi)氧化時(shí)間短、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案完成其發(fā)明任務(wù)所提出的稀土銅合金材料主要 包含有Cu、 A1和稀土添加劑RE;其中各成分的含量是Al， 0.10wt%~1.00wt%;RE， 0.05wt%"-O.50wt%，余量為Cu;所述稀土 RE是指Y或Ce或混合稀土元 素(C&Y);戶腿混合稀土元素(Ce+Y)采用純稀土稱重進(jìn)行混合，其配比為-wt%Ce : wt%Y=l : 1。
上述銅合金材料中Al主要是為內(nèi)氧化獲得穩(wěn)定的A1203，以對(duì)銅基體進(jìn)行 第二相彌散強(qiáng)化作用，其含量為0.10wt°/(r4.00wt%。 Al含量低于0.10wtM則使 彌散強(qiáng)化效果減弱，而Al含量高于1.00wt。/。則大大延長內(nèi)氧化時(shí)間，從而顯著 降低合金的導(dǎo)電性；稀土元素Ce、 Y的加入主要是為了艦內(nèi)氧tt^程，起到 催滲作用，同時(shí)對(duì)提高合金的纟驢有較為顯著的作用。稀土元素Ce和Y可以 分別m^蟲添加，也可以混合添加，效果相似。研究表明其加入量應(yīng)控帝贓0.50wt% 以下效果最好。
本發(fā)明稀土銅合金材料的制備工藝包括合金的熔煉、合金的熱加工、合金 的固溶、固溶后冷加工變形；其中，合金的固溶處理驢為90(K950 °C，保溫 24h后水淬；(850~950 ) "CX4h 8h進(jìn)行熱擠壓或熱軋加工。
本發(fā)明制備工藝方法中，采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，可以采用真空、惰性 氣體保護(hù)或傳統(tǒng)大，煉方式。采用真空和惰性氣體保護(hù)方式可以減少合金元 素的燒損，特別是稀土元素的燒損。采用傳統(tǒng)大氣熔煉方式時(shí)要適當(dāng)提高合金 元素?zé)龘p補(bǔ)償率。合金的熱加工是指對(duì)合金^I^S行熱擠壓、熱軋加工，以消 除分散縮孔、疏松、枝晶偏析等鑄造缺陷，細(xì)化晶粒，提高合金的致密度，改 善組織和成分均勻性，其加熱溫度為85(K95(TC，并保溫4-8h進(jìn)行熱擠壓或熱 軋加工。適當(dāng)?shù)腲it進(jìn)行固溶處理是合金獲得良好性能的關(guān)鍵工藝。提高固溶 》驢，延長保溫時(shí)間，雖然可使合金元素在Cu基體中固溶度增加，3驢提高， 但固溶溫度過高，保溫時(shí)間過長，將造成合金晶粒粗化，反而降低合金的強(qiáng)度 和塑性，造成后續(xù)的冷變形或fOT過程中產(chǎn)生裂紋。若固溶，過低，則合金 元素在合金中的固溶M:少，且成分均勻性差，在隨后的時(shí)效過程中還容易產(chǎn) 生不連續(xù)的脫溶，從而大大降低合金的時(shí)效強(qiáng)化效果。選擇固溶溫度以合金不 產(chǎn)生晶粒粗大為前提。為了獲得較好的析出強(qiáng)化效果，同時(shí)可以進(jìn)一步消除合 金內(nèi)偏析，必須選擇適當(dāng)?shù)墓倘苤肌X藝研究確定900^950 °C、保溫2~4 h確定為Cu-Al-RE合金最佳的固溶處理溫度范圍。
本發(fā)明主要用于小尺寸彌散銅的制備，所述小尺寸是指直徑或有效厚度不 大于6 mm。將經(jīng)固溶處理的合金，進(jìn)行不同變形量的車L制冷，或冷拉拔，，
經(jīng)冷變形后合金中位錯(cuò)等晶體缺陷密度大大提高，可以顯著降低內(nèi)氧化初期氧 的擴(kuò)散激活能，促進(jìn)內(nèi)氧化進(jìn)程。
采用本發(fā)明材料制備的彌散銅不僅具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高抗軟化M 的特點(diǎn)，而且具有內(nèi)氧化時(shí)間短、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明給出以下實(shí)施例，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制 實(shí)施例l
本實(shí)施例銅合金材料主要包含有Cu、 A1和稀土添加劑Y，其中各成分的含 量是Al， 0.45wt%; Y， 0.05wt%;余量為Cu。 制備上述銅合金材料的工藝包括
(D^金的熔煉；離金的熱加工；船金的固溶；④固溶后冷加工變形。
其中合金的熔煉為真空中頻感應(yīng)熔煉工藝，即所述合金的熔煉在ZG-0.2 型200kg真空中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉而成(用石墨坩堝)。先將高純陰極銅(純 度99.95%) j^f七后，而后升溫精煉10射中，加入Al保m煉。在Ar氣的保 護(hù)下，加入Y,進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬鬂茶T，冷卻約15射中后出爐。澆鑄Mit約為1350 。C，澆鑄出的鑄錠直徑175mm，長度約900mm。
戶服的合金的熱加工是指先將搟定表面進(jìn)行車加工去皮，直徑約加工到172 mm左右，用鋸床切斷成300 mm長的短錠，而后將其^ARX3-75-9型井式電 阻爐中隨爐升溫到850 。C并保溫8小時(shí)，用1250噸臣卜式擠壓IHJS行熱擠壓加工。 熱擠壓后的合金直徑約為30 mm。
所述的合金的固溶處理是在RX3-75-9型箱式電阻中進(jìn)行處理，其溫度為 950 °C，保溫時(shí)間為2h，固溶處理后進(jìn)行水淬。
所述的固溶后的冷加工變形是指冷拉 形，在LLBIO型g拉拔機(jī)上進(jìn) 行分道次拉拔。最終合金直徑為6mm。
實(shí)施例2
本實(shí)施例銅合金材料主要包含有Cu、 Al和稀土添加劑Ce，其中各成分的 含量是Al， 0.15wt%; Ce， 0.50wt%;余量為Cu。
制備上述銅合金材料的工藝包括
(D^金的熔煉；(D^金的熱加工；③合金的固溶；④固溶后冷加工變形。 其中合金的熔煉和鍛造為傳統(tǒng)大氣環(huán)境下的中頻感應(yīng)熔煉工藝，即所述
合金的熔煉在1000kg中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉而成(用石墨坩堝)。先將高純陰 極銅(純度99.95%)謝七后，木炭粉覆蓋防氧化，而后升溫精煉8^H中，加入 Al保，煉。加入Ce (考慮燒損量)，it行充分?jǐn)嚢韬鬂茶T，冷卻約5辦中后 出爐。澆鑄溫度約為1350 。C，澆鑄出的鑄錠橫截面為175mmxll5mm。
戶，的合金的熱加工是指先將^^定表面進(jìn)行車加工去皮，約加工到172 mm xll3mm左右，用鋸床切斷成400mm長的短錠，而后將其^ARX3-75-9型箱 式電阻爐中隨爐升溫到900 'C并保溫6小時(shí)，用四輥軋tlJt行熱軋制加工。熱 軋后的合金尺寸約為172mmxl2mm。
戶，的合金的固溶處理是在連續(xù)式電阻爐中進(jìn)行處理，^^顯度為900 。C， 保溫時(shí)間為4h，固溶處理后進(jìn)行水淬。
所述的固溶后的冷加工變形是指用四輥軋t,行冷軋變形，進(jìn)行分道次冷 軋制。最終尺寸為172 mm x5 mm。
實(shí)施例3
本實(shí)施例銅合金材料主要包含有Cu、 Al和稀土添加劑(Ce+Y)，其中各成 分的含量是Al， 0.95wt%; (CefY)， 0.35wt%;余量為Cu。
制備上述銅合金材料的工藝包括
敝金的熔煉；齢金的熱加工；齢金的固溶；④固溶后冷加工變形。 其中合金的熔煉為工頻感應(yīng)熔煉工藝，即所述合金的熔煉在3000kg工頻 感應(yīng)熔煉爐中熔煉而成。先將高純陰極銅(純度99.95%)熔化后，而后升溫精 煉10辦中，加入Al保m煉。在Ar氣的保護(hù)下，加入(OHY)，進(jìn)行充分?jǐn)?拌后澆鑄，冷卻約15^H中后出爐。澆鑄驢約為1350 'C，澆鑄出的^f趙徑 175 mm。
戶腿的合金的熱加工是指先將辦定表面進(jìn)行車加工去皮，直徑約加工到172 mm左右，用鋸床切斷成600mm長的短錠，而后將其^ARX3-75-9型井式電 阻爐中隨爐升溫到950 'C并保溫4小時(shí)，用1250噸臥式擠壓禾腿行熱擠壓加工。 熱擠壓后的合金直徑約為30 mm。
戶，的合金的固溶處理是在RX3-75-9型箱式電阻中進(jìn)行處理，其溫度為 950 °C，保溫時(shí)間為2h，固溶處理后進(jìn)行水淬。
戶腐的固溶后的冷加工變形是指冷拉拔變形，在LLBIO型齢拉拔機(jī)， 行分道次拉拔。最終合金直徑為6mm。
權(quán)利要求
1、一種整體彌散銅制備用稀土銅合金材料的制備工藝方法，其特征是所述稀土銅合金材料主要包含有Cu、Al和稀土添加劑RE；其中各成分的含量是Al，0.10wt％～1.00wt％；RE，0.05wt％～0.50wt％，余量為Cu；所述稀土添加劑RE是指Y或Ce或混合稀土元素(Ce+Y)；所述混合稀土元素(Ce+Y)采用純稀土稱重進(jìn)行混合，其配比為wt％Ce∶wt％Y＝1∶1；稀土銅合金材料的制備工藝包括合金的熔煉、合金的熱加工、合金的固溶、固溶后冷加工變形；其中，合金的固溶處理溫度為900～950℃，保溫2～4h后水淬；(850～950)℃×4h～8h進(jìn)行熱擠壓或熱軋加工。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。提出的整體彌散銅制備用稀土銅鋁合金材料主要包含有Cu、Al和稀土添加劑RE；其中各成分的含量是Al，0.10wt％～1.00wt％；RE，0.05wt％～0.50wt％，余量為Cu；所述稀土添加劑RE是指Y或Ce或混合稀土元素(Ce+Y)；所述混合稀土元素(Ce+Y)采用純稀土稱重進(jìn)行混合，其配比為wt％Ce∶wt％Y＝1∶1；稀土銅合金材料的制備工藝包括合金的熔煉、合金的熱加工、合金的固溶、固溶后冷加工變形；其中，合金的固溶處理溫度為900～950℃，保溫2～4h后水淬；(850～950)℃×4h～8h進(jìn)行熱擠壓或熱軋加工。本發(fā)明制備的彌散銅具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高抗軟化溫度的特點(diǎn)，其制備方法具有內(nèi)氧化時(shí)間短、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101338389SQ20081005006
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者任鳳章, 勇 劉, 平 劉, 宋克興, 毅 張, 李紅霞, 田保紅, 賈淑果, 陳小紅 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)