一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法
【專利摘要】一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法，具體步驟如下：將銅鋁合金粉和硬脂酸，球磨，在整個球磨過程中，使空氣能夠自由進(jìn)出；在球磨后的銅鋁合金粉中加入Cu2O粉，混合；將混合好的粉置于真空爐內(nèi)，抽真空，再充N2，然后以升溫至900～950℃，保溫1～2小時后隨爐冷卻至室溫；破碎得到的物料，并過篩，將過篩的粉料置于管式爐中，在H2氣氛中，以升至700～900℃，保溫1～4小時后隨爐冷卻至室溫，得到本發(fā)明所述的高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉。本發(fā)明提供一種Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9～9.0%的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法。適宜于制備高性能的高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉，整個工藝過程簡單易操作，適合于批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化物彌散強(qiáng)化合金粉的制備方法，特別是一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法，屬于粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]通過在銅基體內(nèi)引入細(xì)小、彌散均勻分布的氧化鋁顆粒為增強(qiáng)相的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金不僅具有突出的室溫和高溫強(qiáng)度，同時兼?zhèn)鋬?yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，在許多要求材料同時具備高導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高溫強(qiáng)度的場合倍受青睞，可廣泛應(yīng)用于電力、電子、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，如用作點(diǎn)焊電極、高強(qiáng)度電力線、集成電路引線框架等。以汽車用點(diǎn)焊電極為例，彌散強(qiáng)化銅合金制成的點(diǎn)焊電極具有壽命長(普通鉻鋯銅的1~10倍)、抗軟化、不粘附的特性，顯示出超強(qiáng)的焊接性能優(yōu)勢。氧化鋁質(zhì)量含量大于0.65%的彌散強(qiáng)化銅合金可被定義為高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金(王永朝等，《彌散強(qiáng)化銅彌散相特征與其性能的關(guān)系》，材料開發(fā)與應(yīng)用，27(4)，27-32(2012))。高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金通常具有更優(yōu)異的高溫性能及電極使用壽命。隨著機(jī)械制造業(yè)尤其是汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對高氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金的需求量正在日益增加。此外，高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉末作為摩擦材料在高速列車剎車片及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。[0003]目前制備氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的方法主要有球磨法和內(nèi)氧化法。
[0004]球磨法通常是將納米或者微米級的Al2O3粉與Cu粉按比例放于球磨機(jī)中球磨，在球磨過程中Al2O3顆粒嵌入Cu顆粒中形成彌散強(qiáng)化銅合金粉。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易操作，而且Al2O3的含量可以在較大范圍內(nèi)調(diào)控。
[0005]其缺點(diǎn)在于氧化鋁顆粒在Cu顆粒中的分布狀態(tài)不夠均勻，界面結(jié)合也不夠緊密，采用該方法制得的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅的導(dǎo)電性及強(qiáng)度通常都較差。
[0006]內(nèi)氧化法是將銅鋁合金霧化粉與氧源Cu2O混合，再把混合粉加熱到高溫使Cu2O分解，生成的氧優(yōu)先氧化合金中的鋁，最后通過氫氣去除粉中多余的氧，得到氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于Al2O3粒子在銅基體中分布均勻，界面結(jié)合好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異。內(nèi)氧化法制備高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅時，隨氧化鋁含量的增加，彌散相分布的不均勻程度增加，導(dǎo)致材料局部的硬化效果不一致，材料性能變差。以Al質(zhì)量含量為2.5%的銅鋁合金100g為例，如果以Cu2O粉為氧源將其中的鋁完全氧化，至少需要添加20g Cu20。這些Cu2O粉最終轉(zhuǎn)化成沒有Al2O3粒子增強(qiáng)的純銅顆粒17.8g，其在最終合金中的比例接近15%。因此內(nèi)氧化法難以制備高氧化鋁含量的彌散強(qiáng)化銅合金粉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9^9.0%的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法。
[0008]本發(fā)明方法的具體步驟如下:
1.將鋁質(zhì)量含量為0.5^5%的銅鋁合金粉和其質(zhì)量0.2^0.3%的硬脂酸，按球料比8^10:1,300^400轉(zhuǎn)/分鐘，在環(huán)境溫度I (TC下，球磨5~10小時，在整個球磨過程中，使空
氣能夠自由進(jìn)出；
2.在球磨后的銅鋁合金粉中加入其質(zhì)量廣1.5%的Cu2O粉，混合8小時；
3.將混合好的粉置于真空爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.1MPa,再充N2至-0.03~-0.02MPa,然后以升溫速率5~10°C /分鐘升至90(T95(TC，保溫f 2小時后隨爐冷卻至室溫；
4.破碎步驟3得到的物料，并過80目篩，將過篩的粉料置于管式爐中，在H2氣氛中，以升溫速率5~10°C /分鐘升至70(T90(TC，保溫f 4小時后隨爐冷卻至室溫，得到本發(fā)明所述的高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉。
[0009]本發(fā)明的基本思路是采用兩步氧化的方法將合金中的Al轉(zhuǎn)化成Al2O3粒子，即先通過采用球磨以空氣為氧源進(jìn)行氧化，再添加Cu2O在高溫下將球磨粉中可能未徹底氧化的鋁進(jìn)一步氧化，最后經(jīng)過還原制得高氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉。
[0010]該方法綜合了現(xiàn)有的球磨法和內(nèi)氧化法各自的優(yōu)點(diǎn)，在保證Al充分轉(zhuǎn)化成Al2O3粒子、Al2O3粒子在Cu基體內(nèi)彌散均勻分布以及Al2O3粒子與Cu基體界面結(jié)合良好的前提下，盡可能地減少了氧源Cu2O的添加量，適宜于制備高性能的高含量氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉，整個工藝過程簡單 易操作，適合于批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例1的彌散強(qiáng)化銅合金粉的透射電鏡照片。
[0012]圖2為實(shí)施例2的彌散強(qiáng)化銅合金粉的透射電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面以本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0014]實(shí)施例1
制備Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的彌散強(qiáng)化銅合金粉。
[0015]按球料比8:1，將Al市售的質(zhì)量含量為0.5%的銅鋁合金霧化粉裝入球磨罐中，加入硬脂酸作為控制劑，以300轉(zhuǎn)/分鐘球磨5小時，球磨過程中保持環(huán)境溫度為10°C及充氣栓為開放狀態(tài)；取球磨后的粉與Cu2O粉一起放入V型混料機(jī)中混合4小時；將混合好的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入真空爐內(nèi)，先抽真空-0.08MPa,再充N2至-0.03MPa,然后以10°C /分鐘的升溫速度升至900°C，保溫2小時后隨爐冷卻至室溫；將物料破碎并過80目篩，再將過篩后的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入管式爐，在H2中還原，還原溫度為700°C，升溫速率為5°C /分鐘，還原時間為I小時，然后隨爐冷卻至室溫得到Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的彌散強(qiáng)化銅合金粉，圖1是透射電鏡照片。該粉末經(jīng)950°C，50MPa，2小時熱壓燒結(jié)所得彌散強(qiáng)化銅合金密度為8.21g/cm3，導(dǎo)電率為68% IACS，硬度為69 HRB。
[0016]實(shí)施例2
制備Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.6%的彌散強(qiáng)化銅合金粉。
[0017]按球料比10:1，將市售的Al質(zhì)量含量為2.5%的銅鋁合金霧化粉裝入球磨罐中，加入硬脂酸，以400轉(zhuǎn)/分鐘球磨8小時，球磨過程中保持環(huán)境溫度為2°C及充氣栓為開放狀態(tài)；取球磨后的粉與Cu2O粉一起放入V型混料機(jī)中混合6小時；將混合好的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入真空爐內(nèi)，先抽真空-0.1MPa，再充N2至-0.02MPa，然后以5°C /分鐘的升溫速度升至950°C，保溫I小時后隨爐冷卻至室溫；將內(nèi)氧化后的物料破碎并過80目篩，再將過篩后的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入管式爐，在H2中進(jìn)行還原，還原溫度為900°C，升溫速率為10°C /分鐘，還原時間為2小時，然后隨爐冷卻至室溫得到Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.6%的彌散強(qiáng)化銅合金粉，圖2是透射電鏡照片。該粉末經(jīng)950°C，50MPa，2小時熱壓燒結(jié)所得彌散強(qiáng)化銅合金密度為7.81 g/cm3，導(dǎo)電率為54% IACS，硬度為74 HRB。
[0018]實(shí)施例3
制備Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的彌散強(qiáng)化銅合金粉。
[0019]按球料比10:1，將Al市售的質(zhì)量含量為5%的銅鋁合金霧化粉裝入球磨罐中，加入硬脂酸，以400轉(zhuǎn)/分鐘球磨10小時，球磨過程中保持環(huán)境溫度為2°C及充氣栓為開放狀態(tài)；取球磨后的粉與Cu2O粉一起放入V型混料機(jī)中混合8小時；將混合好的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入真空爐內(nèi)，先抽真空-0.1MPa，再充N2至-0.03MPa，然后以5°C /分鐘的升溫速度升至950°C，保溫2小時后隨爐冷卻至室溫；將內(nèi)氧化后的物料破碎并過80目篩，再將過篩后的粉料裝進(jìn)氧化鋁陶瓷舟放入管式爐，在H2中進(jìn)行還原，還原溫度為900°C，升溫速率為10°C /分鐘，還原時間為4小時，然后隨爐冷卻至室溫得到Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的彌散強(qiáng)化銅合金粉。該粉末經(jīng)950°C，50MPa, 2小時熱壓燒結(jié)所得彌散強(qiáng)化銅合金密度為7.44g/cm3，導(dǎo)電率為31% IACS，硬度為90 HRB。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金粉的制備方法，其特征在于具體步驟如下: 1)將鋁質(zhì)量含量為0.5^5%的銅鋁合金粉和其質(zhì)量0.2^0.3%的硬脂酸，按球料比8^10:1,300^400轉(zhuǎn)/分鐘，在環(huán)境溫度I (TC下，球磨5~10小時，在整個球磨過程中，使空氣能夠自由進(jìn)出； 2)在球磨后的銅鋁合金粉中加入其質(zhì)量f1.5%的Cu2O粉，混合4~8小時； 3)將混合好的粉置于真空爐內(nèi)，抽真空至-0.08~-0.1MPa,再充N2至-0.03~-0.02MPa,然后以升溫速率5~10°C /分鐘升至90(T95(TC，保溫f 2小時后隨爐冷卻至室溫； 4)破碎步驟3得到的物料，并過80目篩，將過篩的粉料置于管式爐中，在H2氣氛中，以升溫速率5~10°C /分鐘升至70(T90(TC，保溫f 4小時后隨爐冷卻至室溫，得到本發(fā)明所述的高含量氧化鋁彌散強(qiáng) 化銅合金粉。
【文檔編號】B22F9/16GK103934451SQ201410132717
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】陳 峰, 閆志巧, 蔡一湘 申請人:廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)