[發明專利]添加稀土鈰的高強度彌散強化銅及其制備方法

在審

• 申請號: 201710054374.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106834793A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 付亞波;李樹豐
• 申請（專利權）人: 付亞波
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C32/00;B22F3/16;B22F3/105;C22F1/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種制備彌散強化銅的新配方及其制造方法。通過添加稀土鈰可大幅度提高強化銅的強度，屬于新材料開發領域。

背景技術

彌散強化銅又稱氧化鋁銅(Cu-Al₂O₃)合金，因具有優異的高強度、高導電率，廣泛用于電氣工程開關觸橋、連鑄機結晶器內襯、集成電路引線框架、大功率異步牽引電動機轉子、電氣化鐵路接觸導線(電車線)、熱核實驗反應堆(ITER)偏濾器垂直靶散熱片、高脈沖磁場導體材料等，并且在這些領域有著其它材料不可替代的優勢,比鉻鋯銅材料具有更優秀的高強高導及高溫穩定性，是重要的新型備選材料。

由于納米級Al₂O₃對基體銅的彌散強化作用，該合金具有高強度、高導電率及高溫穩定性等特點。組織穩定，無相變。屈服強度和抗拉強度高，常溫條件下硬度高，隨著溫度升高，硬度下降幅度小，高溫抗蠕變性能好。熱、電傳導率高。加工性能優良。軟化溫度高達950℃，導電率高達85％IACS，散熱性能介于鎢銅(220W/m.k)以及純銅(390W/m.k)之間。強度高，疲勞性能和耐磨性能好。

常見的制備方法包括機械混合法、共沉淀法、內氧化法等。國內外許多研究者和企業進行了納米粒子Al₂O₃改性銅的研究。Motta M.S.等通過粉末原位還原法，已制得平均尺寸達10nm的Al₂O₃彌散強化銅基復合材料，TEM形貌表明銅晶粒周圍被彌散分布的納米粒子Al₂O₃包圍。Kexing Song等通過內氧化法，制備了在銅基體中分布著10-30nm Al₂O₃顆粒的彌散強化銅，納米粒子Al₂O₃均勻分布，材料改性效果較好。美國SCM公司穩定了內氧化法的工藝參數，率先工業化制備了彌散強化銅，含Al₂O₃ 0.2％的銅合金，導電率達90％IACS，彈性模量為108GPa，室溫強度為500MPa。含Al₂O₃ 1.2％的銅合金，導電率達80％IACS，彈性模量為140GPa，室溫強度為620MPa。

授權專利《一種耐脫鋅腐蝕的環保納米黃銅合金及其制備方法》，專利號為ZL 2013 1 0432275.8，是將納米氧化鋁加入黃銅，采用鑄造方法生產高耐蝕黃銅，不涉及彌散強化銅的生產。

目前已有的材料及制備技術中，存在的主要問題是：內氧化法工藝復雜、成本高、危險性較大，產品性能也不穩定，國內還不能穩定生產出高質量的產品。因此，需要開發一種性能穩定、工藝簡單、成本低的新方法。

發明內容

本發明提供了一種制備強化銅的新配方與新方法，通過添加一定比例的新元素稀土鈰，與納米顆粒Al₂O₃按一定比例混合，形成一種穩定的新相，經過行星球磨、高溫燒結和冷熱加工制成的成品，能提高強化銅的強度、耐蝕性、耐磨性，而對強化銅的導電率影響較小。

本發明采用的技術方案如下：

一種添加稀土鈰的高強度的彌散強化銅，所述的彌散強化銅包括銅、納米Al₂O₃、鈰和雜質元素，各成分的質量百分比(wt.％)為：銅為98.20-99.0，納米Al₂O₃為0.5-0.9，鈰為0.5-0.9，其余為雜質元素；所述的雜質元素包括鐵、氧化鉻，鐵、氧化鉻的質量百分比(wt.％)為：鐵≤0.01，氧化鋯≤0.02，雜質元素低于0.04wt.％。

上述的比例是大量科學實驗的結果。本合金中，添加了一定比例的納米Al₂O₃和稀土鈰做為彌散強化相，具有熔點高、高溫穩定性能好、硬度高，能以微納米級尺分布于銅基體中，在接近銅基體熔點的高溫下也不會溶解或粗化，因此，可以有效地阻礙位錯運動和晶界滑移，提高室溫和高溫強度，同時又不會明顯降低合金的導電性能。

上述彌散強化銅的制備方法，按一定比例配好稀土鈰與納米氧化鋁，經過行星球磨工藝使三者均勻混合，成分均勻，使其形成一種穩定的新相，鑲嵌到銅粉里面，通過高溫和一定壓力下燒結，可形成致密的坯料。然后，通過熱加工和冷加工制備成彌散強化銅成品，具有高強度、高耐蝕性和高耐磨性，同時導電率降低幅度較小。具體包括以下步驟：