本發明涉及金屬基復合材料
技術領域：
，具體涉及一種氧化鋁彌散強化銅合金棒材的制備方法。
背景技術：
：彌散強化銅一種具有優異高溫強度同時又具備良好導電導熱性的高性能功能材料。作為重要的功能材料，彌散強化銅被廣泛應用于微波器件、焊接電極、集成電路引線框架、轉換開關、合金棒材材料等方面。通過添加少量的第二相顆粒，彌散強化銅在保持銅合金良好導電導熱同時又提高了其機械強度。彌散強化的實質是利用均勻彌散的超細微粒阻礙位錯運動從而提高材料在高溫條件下的力學性能，其均勻彌散第二強化相的強化作用既提高了材料的高溫強度和硬度，又不會明顯降低合金的導電性能，從而使該材料具有良好的綜合性能。常見的氧化物彌散相有Al2O3、Cr2O3、Zr2O3、SiO2、TiO2、MgO、CaO等，其中又以Al2O3最為常用。彌散強化銅合金的制備方法主要有：粉末冶金法、機械合金化法、復合電沉積法、混合鑄造法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、反應噴射沉積法、內氧化法等，其中內氧化法是目前規模化生產彌散強化銅合金的較佳方法。傳統內氧化法制備Al2O3彌散強化銅合金材料的工藝流程主要有：Cu-Al熔煉→水霧化或氮氣霧化制粉→與氧化劑混合→在密閉容器中高溫(800-100℃)內氧化→氫氣中還原多余的氧→包套→抽真空、封口→壓制(熱等靜壓或熱靜壓等)→熱擠壓成型。這種傳統的內氧化工藝生產出的材料高溫及室溫下的力學性能和電學性能都十分優越，但工藝復雜、生產周期長，同時產品質量不穩定。這些問題極大地阻礙了內氧化生產技術的推廣應用。為了解決這一問題，本發明著重在制備工藝上進行了改良，簡化了工藝流程，增加了可控性。技術實現要素：本發明解決的技術問題是，提供一種氧化鋁彌散銅基合金棒材材料及制備方法，通過合理的元素配比及優化制備工藝參數，制備出一種高導電、高耐熱、高強度的彌散強化銅合金。本發明的技術方案為：一種氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料，是在銅基材料中加入0.3-1.5wt％的鋁，其制備方法包含以下步驟：(1)合金熔煉：按重量百分比取98.5-99.7％的銅、0.3-1.5％的鋁，在中頻爐中熔煉成銅-鋁合金錠；(2)制備合金線材：將所述的銅-鋁合金錠經行車削加工去除雜質，在含有5-8％水基金屬表面清潔劑的水溶液中浸泡15-30min，溫度控制在40-60℃，清水沖洗干凈后進行真空干燥，然后將去除表面雜質及油污后的銅-鋁合金錠拉拔成銅-鋁合金線材，將所述的銅-鋁合金線材在切斷機上切斷成2-3cm的線段；(3)合金線材梯度內氧化：將切斷好的銅-鋁合金線材密封包埋在裝有Cu2O：Al2O3：Cu＝6:2:2的混合粉末的內氧化裝置內，所述混合粉末的質量為所述銅-鋁合金線材的6-8倍，依次在內氧化爐內經常壓內氧化、中壓內氧化和高壓內氧化三個階段的梯度內氧化處理，得到銅-氧化鋁合金線材；(4)合金致密化：將所述銅-氧化鋁合金線材冷卻至室溫并清洗干燥后，采用二步燒結法進行燒結，燒結溫度為600-980℃，時間2-4h，得到燒結坯，將所述的燒結坯進行熱擠壓制成棒材或板材粗料；(5)合金加工：將所述的棒材或板材粗料進行拉拔或旋鍛加工成型，按規格制備成所需合金棒材成品。進一步的，步驟(1)所述的銅是純度為99.9％的電解銅，所述的鋁是純度為99.9％以上的工業精鋁。進一步的，步驟(2)所述的拉拔線材的工藝參數為：擠壓溫度為650-850℃，擠壓比為230-250，合金線材尺寸為進一步的，步驟(3)所述梯度內氧化工藝參數為：常壓內氧化爐溫為850-900℃，保溫30-45min；中壓內氧化爐溫為780-830℃，氣壓為1.2-2atm，保溫30-60min；高壓內氧化爐溫為680-720℃，氣壓為5.0-6.0atm，保溫60-120imin。進一步的，步驟(4)所述的二步燒結的工藝參數為：將所述的銅-氧化鋁合金粉末在600-650℃較低溫度下保溫1-2h，然后迅速升溫至850-980℃燒結1-2h。進一步的，步驟(4)所述的熱擠壓工藝參數為：擠壓溫度為860-900℃，擠壓比為200-220。進一步的，步驟(3)所述的內氧化裝置采用的耐高溫高壓材料，優選的使用紫銅，所述的內氧化裝置主要包含紫銅管、紫銅內蓋和耐火泥漿，所述的紫銅管長度為30-100cm，內徑為5-10cm，厚度為0.6-1cm，所述的紫銅內蓋厚度為0.4-0.6cm，直徑為4.5-9.5cm，紫銅管內側距離兩端4-6cm處各有寬度為0.5-0.7cm的擋圈，使用時先將紫銅管一端加蓋紫銅內蓋后用耐火泥漿密封，加入所述混合粉末，用紫銅內蓋加蓋另一端后用耐火泥漿進行密封；所述的內氧化裝置耐高溫高壓性能良好，密封性強，有內蓋保護不會對混合粉末造成污染。本發明的有益效果為：(1)工藝生產效率高、周期短，采用合金線材梯度內氧化，線材比表面積更大更易內氧化；(2)采用二步燒結法先在低溫保溫一段時間在升至高溫，可以提升材料的致密度，從而提升材料的物理性能。采用本發明的制備的氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料，工藝流程簡單，生產周期短、效率高、生產成本低，制得的氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料具有高致密度、高強度、高導電性和高軟化溫度的特性。具體實施例實施例1：一種氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料，是在銅基材料中加入0.3wt％的鋁，其制備方法包含以下步驟：(1)合金熔煉：按重量百分比取99.7％的銅、0.3％的鋁，在中頻爐中熔煉成銅-鋁合金錠；所述的銅是純度為99.9％的電解銅，所述的鋁是純度為99.9％以上的工業精鋁；(2)制備合金線材：將所述的銅-鋁合金錠經行車削加工去除雜質，在含有5％水基金屬表面清潔劑的水溶液中浸泡15min，溫度控制在40℃，清水沖洗干凈后進行真空干燥，然后將去除表面雜質及油污后的銅-鋁合金錠拉拔成銅-鋁合金線材，拉拔線材的工藝參數為：擠壓溫度為650℃，擠壓比為230，合金線材尺寸為將所述的銅-鋁合金線材在切斷機上切斷成2cm的線段；(3)合金線材梯度內氧化：將切斷好的銅-鋁合金線材密封包埋在裝有Cu2O：Al2O3：Cu＝6:2:2的混合粉末的內氧化裝置內，所述混合粉末的質量為所述銅-鋁合金線材的6倍，依次在內氧化爐內經常壓內氧化、中壓內氧化和高壓內氧化三個階段的梯度內氧化處理，得到銅-氧化鋁合金線材，所述梯度內氧化工藝參數為：常壓內氧化爐溫為850℃，保溫30min；中壓內氧化爐溫為780℃，氣壓為1.2atm，保溫30min；高壓內氧化爐溫為680℃，氣壓為5.0atm，保溫60imin；進一步的，所述的內氧化裝置采用的耐高溫高壓材料，優選的使用紫銅，所述的內氧化裝置主要包含紫銅管、紫銅內蓋和耐火泥漿，所述的紫銅管長度為30cm，內徑為5cm，厚度為0.6cm，所述的紫銅內蓋厚度為0.4cm，直徑為4.5cm，紫銅管內側距離兩端4cm處各有寬度為0.5cm的擋圈，使用時先將紫銅管一端加蓋紫銅內蓋后用耐火泥漿密封，加入所述混合粉末，用紫銅內蓋加蓋另一端后用耐火泥漿進行密封；所述的內氧化裝置耐高溫高壓性能良好，密封性強，有內蓋保護不會對混合粉末造成污染。(4)合金致密化：將所述銅-氧化鋁合金線材冷卻至室溫并清洗干燥后，采用二步燒結法進行燒結，工藝參數為：將所述的銅-氧化鋁合金粉末在600℃較低溫度下保溫1h，然后迅速升溫至850℃燒結1h得到燒結坯，將所述的燒結坯進行熱擠壓制成棒材或板材粗料，熱擠壓工藝參數為：擠壓溫度為860℃，擠壓比為200；(5)合金加工：將所述的棒材或板材粗粒進行拉拔或旋鍛加工成型，按規格制備成所需合金棒材成品。實施例2：一種氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料，是在銅基材料中加入0.85wt％的鋁，其制備方法包含以下步驟：(1)合金熔煉：按重量百分比取99.15％的銅、0.85％的鋁，在中頻爐中熔煉成銅-鋁合金錠；所述的銅是純度為99.9％的電解銅，所述的鋁是純度為99.9％以上的工業精鋁；(2)制備合金線材：將所述的銅-鋁合金錠經行車削加工去除雜質，在含有5-8％水基金屬表面清潔劑的水溶液中浸泡25min，溫度控制在50℃，清水沖洗干凈后進行真空干燥，然后將去除表面雜質及油污后的銅-鋁合金錠拉拔成銅-鋁合金線材，拉拔線材的工藝參數為：擠壓溫度為750℃，擠壓比為240，合金線材尺寸為將所述的銅-鋁合金線材在切斷機上切斷成2.5cm的線段；(3)合金線材梯度內氧化：將切斷好的銅-鋁合金線材密封包埋在裝有Cu2O：Al2O3：Cu＝6:2:2的混合粉末的內氧化裝置內，所述混合粉末的質量為所述銅-鋁合金線材的7倍，依次在內氧化爐內經常壓內氧化、中壓內氧化和高壓內氧化三個階段的梯度內氧化處理，得到銅-氧化鋁合金線材，所述梯度內氧化工藝參數為：常壓內氧化爐溫為870℃，保溫40min；中壓內氧化爐溫為800℃，氣壓為1.6atm，保溫45min；高壓內氧化爐溫為700℃，氣壓為5.5atm，保溫90imin；進一步的，所述的內氧化裝置采用的耐高溫高壓材料，優選的使用紫銅，所述的內氧化裝置主要包含紫銅管、紫銅內蓋和耐火泥漿，所述的紫銅管長度為65cm，內徑為7cm，厚度為0.8cm，所述的紫銅內蓋厚度為0.5cm，直徑為6.5cm，紫銅管內側距離兩端5cm處各有寬度為0.6cm的擋圈，使用時先將紫銅管一端加蓋紫銅內蓋后用耐火泥漿密封，加入所述混合粉末，用紫銅內蓋加蓋另一端后用耐火泥漿進行密封；所述的內氧化裝置耐高溫高壓性能良好，密封性強，有內蓋保護不會對混合粉末造成污染。(4)合金致密化：將所述銅-氧化鋁合金線材冷卻至室溫并清洗干燥后，采用二步燒結法進行燒結，工藝參數為：將所述的銅-氧化鋁合金粉末在630℃較低溫度下保溫1.5h，然后迅速升溫至915℃燒結1.5h得到燒結坯，將所述的燒結坯進行熱擠壓制成棒材或板材粗料，熱擠壓工藝參數為：擠壓溫度為880℃，擠壓比為210；(5)合金加工：將所述的棒材或板材粗粒進行拉拔或旋鍛加工成型，按規格制備成所需合金棒材成品。實施例3：一種氧化鋁彌散強化銅基合金棒材材料，是在銅基材料中加入1.5wt％的鋁和0.3wt％的銀，其制備方法包含以下步驟：(1)合金熔煉：按重量百分比取98.5％的銅、1.5％的鋁，在中頻爐中熔煉成銅-鋁合金錠；所述的銅是純度為99.9％的電解銅，所述的鋁是純度為99.9％以上的工業精鋁；(2)制備合金線材：將所述的銅-鋁合金錠經行車削加工去除雜質，在含有5-8％水基金屬表面清潔劑的水溶液中浸泡30min，溫度控制在60℃，清水沖洗干凈后進行真空干燥，然后將去除表面雜質及油污后的銅-鋁合金錠拉拔成銅-鋁合金線材，拉拔線材的工藝參數為：擠壓溫度為850℃，擠壓比為250，合金線材尺寸為將所述的銅-鋁合金線材在切斷機上切斷成3cm的線段；(3)合金線材梯度內氧化：將切斷好的銅-鋁合金線材密封包埋在裝有Cu2O：Al2O3：Cu＝6:2:2的混合粉末的內氧化裝置內，所述混合粉末的質量為所述銅-鋁合金線材的8倍，依次在內氧化爐內經常壓內氧化、中壓內氧化和高壓內氧化三個階段的梯度內氧化處理，得到銅-氧化鋁合金線材，所述梯度內氧化工藝參數為：常壓內氧化爐溫為900℃，保溫45min；中壓內氧化爐溫為830℃，氣壓為2atm，保溫60min；高壓內氧化爐溫為720℃，氣壓為6.0atm，保溫120imin；進一步的，所述的內氧化裝置采用的耐高溫高壓材料，優選的使用紫銅，所述的內氧化裝置主要包含紫銅管、紫銅內蓋和耐火泥漿，所述的紫銅管長度為100cm，內徑為10cm，厚度為1cm，所述的紫銅內蓋厚度為0.6cm，直徑為9.5cm，紫銅管內側距離兩端6cm處各有寬度為0.7cm的擋圈，使用時先將紫銅管一端加蓋紫銅內蓋后用耐火泥漿密封，加入所述混合粉末，用紫銅內蓋加蓋另一端后用耐火泥漿進行密封；所述的內氧化裝置耐高溫高壓性能良好，密封性強，有內蓋保護不會對混合粉末造成污染。(4)合金致密化：將所述銅-氧化鋁合金線材冷卻至室溫并清洗干燥后，采用二步燒結法進行燒結，工藝參數為：將所述的銅-氧化鋁合金粉末在650℃較低溫度下保溫2h，然后迅速升溫至980℃燒結2h得到燒結坯，將所述的燒結坯進行熱擠壓制成棒材或板材粗料，熱擠壓工藝參數為：擠壓溫度為900℃，擠壓比為220；(5)合金加工：將所述的棒材或板材粗料進行拉拔或旋鍛加工成型，按規格制備成所需合金棒材成品。試驗例1、試驗對象：取40個d0＝10mm，L0＝50mm的銅合金棒材試樣，共分為4組，每組10個試樣，其中市售普通彌散銅合金設為對比組，分別設為對比組1和對比組2，本發明的實施例1、實施例2、實施例3分別設為實驗組1、實驗組2、實驗組3，以上組別除成分配比不同外，其余均相同，具有可比性。其中，對比組1：采用粉末內氧化法，制備鋁重量百分比為0.65％的氧化鋁彌散強化銅材料。對比組2：采用薄板內氧化熱擠壓法，制備鋁重量百分比為0.65％的氧化鋁彌散強化銅材料。2、試驗方法：對實施組1～3以及對比組提供的各Al2O3彌散強化銅基復合材料擠壓態的有關性能進行檢測。檢測方法如下：(1)拉伸強度：采用GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗》中第1部分所述的室溫試驗方法測量拉伸強度，其中d0＝10mm，L0＝50mm；(2)導電率：切取Φ10mm×10mm的試樣，采用渦流法，用德國FoersterSIGMATEST2.069渦流電導率測試儀測導電率；(3)顯微硬度：采用MH-3型顯微維氏硬度計測量，所用載荷100g，加載時間10s；(4)軟化溫度：退火保溫1h后硬度下降15％時的退火溫度為軟化溫度。表1氧化鋁彌散強化銅材料擠壓態性能顯微硬度/HV電導率/％IACS抗拉強度/MPa對比組110570.4231對比組211989.9408實驗組114596.7460實驗組215497.6486實驗組316791.1502從表1可以看出，采用本發明的實驗組1-3氧化鋁彌散強化銅材料的顯微硬度、電導率和抗拉強度均優于對比組1的粉末內氧化法和對比組2薄板內氧化熱擠壓法，其中實驗組2的性能最優。此外，本發明方法制備的氧化鋁彌散強化銅材的熱擠壓態均表現出優良的抗高溫軟化能力，其軟化溫度達到900℃。盡管已參照其具體實施方案描述和闡明了本發明，但本領域技術人員會認識到，可以在不背離本發明的精神和范圍的情況下對其作出各種改變、修改和取代。因此，本發明意在僅受下列權利要求的范圍限制且這些權利要求應在合理的程度上盡可能廣義地解釋。當前第1頁1 2 3