[發明專利]一種氧化鋁彌散強化銅合金粉的制備方法

有效

• 申請號: 201410132717.1
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103934451B
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 陳峰;閆志巧;蔡一湘
• 申請（專利權）人: 廣東省工業技術研究院(廣州有色金屬研究院)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/04;B22F9/16
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及一種氧化物彌散強化合金粉的制備方法，特別是一種氧化鋁彌散強化銅合金粉的制備方法，屬于粉末冶金技術領域。

背景技術

通過在銅基體內引入細小、彌散均勻分布的氧化鋁顆粒為增強相的氧化鋁彌散強化銅合金不僅具有突出的室溫和高溫強度，同時兼備優良的導電、導熱性能，在許多要求材料同時具備高導電、導熱和高溫強度的場合倍受青睞，可廣泛應用于電力、電子、機械等工業領域，如用作點焊電極、高強度電力線、集成電路引線框架等。以汽車用點焊電極為例，彌散強化銅合金制成的點焊電極具有壽命長（普通鉻鋯銅的4~10倍）、抗軟化、不粘附的特性，顯示出超強的焊接性能優勢。氧化鋁質量含量大于0.65%的彌散強化銅合金可被定義為高含量氧化鋁彌散強化銅合金（王永朝等，《彌散強化銅彌散相特征與其性能的關系》，材料開發與應用,27(4),27-32(2012)）。高含量氧化鋁彌散強化銅合金通常具有更優異的高溫性能及電極使用壽命。隨著機械制造業尤其是汽車工業的飛速發展，對高氧化鋁彌散強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化銅合金粉末作為摩擦材料在高速列車剎車片及風力發電等領域也有廣泛應用。

目前制備氧化鋁彌散強化銅合金粉的方法主要有球磨法和內氧化法。

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中球磨，在球磨過程中Al₂O₃顆粒嵌入Cu顆粒中形成彌散強化銅合金粉。該方法的優點在于簡單易操作，而且Al₂O₃的含量可以在較大范圍內調控。

其缺點在于氧化鋁顆粒在Cu顆粒中的分布狀態不夠均勻，界面結合也不夠緊密，采用該方法制得的氧化鋁彌散強化銅的導電性及強度通常都較差。

內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，得到氧化鋁彌散強化銅合金粉。該方法的優點在于Al₂O₃粒子在銅基體中分布均勻，界面結合好，導電、導熱性能優異。內氧化法制備高含量氧化鋁彌散強化銅時，隨氧化鋁含量的增加，彌散相分布的不均勻程度增加，導致材料局部的硬化效果不一致，材料性能變差。以Al質量含量為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20gCu₂O。這些Cu₂O粉最終轉化成沒有Al₂O₃粒子增強的純銅顆粒17.8g，其在最終合金中的比例接近15%。因此內氧化法難以制備高氧化鋁含量的彌散強化銅合金粉。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供一種Al₂O₃質量分數為0.9~9.0%的氧化鋁彌散強化銅合金粉的制備方法。

本發明方法的具體步驟如下：

1.將鋁質量含量為0.5~5%的銅鋁合金粉和其質量0.2~0.3%的硬脂酸，按球料比8~10:1，300~400轉/分鐘，在環境溫度2~10℃下，球磨5~10小時，在整個球磨過程中，使空氣能夠自由進出；

2.在球磨后的銅鋁合金粉中加入其質量1~1.5%的Cu₂O粉，混合4~8小時；

3.將混合好的粉置于真空爐內，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℃/分鐘升至900~950℃，保溫1~2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℃/分鐘升至700~900℃，保溫1~4小時后隨爐冷卻至室溫，得到本發明所述的高含量氧化鋁彌散強化銅合金粉。

本發明的基本思路是采用兩步氧化的方法將合金中的Al轉化成Al₂O₃粒子，即先通過采用球磨以空氣為氧源進行氧化，再添加Cu₂O在高溫下將球磨粉中可能未徹底氧化的鋁進一步氧化，最后經過還原制得高氧化鋁彌散強化銅合金粉。