[發(fā)明專利]一種大尺寸彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的增材制造連接成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110736271.3
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN113718242B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔烺;劉光;賈利;馮勝強(qiáng);朱繼宏;李韶英;陳杰;王曉霞;趙健;張龍;戴宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器科學(xué)研究院寧波分院;西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/04
• 分類號(hào): C23C24/04;B22F1/12;B22F1/145
• 代理公司: 寧波誠源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛(wèi);袁翊朦

本發(fā)明公開了一種大尺寸彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件增材制造連接成形方法包括以下步驟：1)對冷噴涂用的彌散強(qiáng)化銅粉末進(jìn)行熱處理；2)仿真設(shè)計(jì)；3)對上坡口進(jìn)行機(jī)械加工，并將第一彌散強(qiáng)化銅基材A1和第二彌散強(qiáng)化銅基材A2對接、固定；4)冷噴涂設(shè)備在步驟3)中的上坡口內(nèi)增材制造彌散強(qiáng)化銅涂層，得到連接基材；5)使得剩下的涂層與兩個(gè)彌散強(qiáng)化銅基材的上部齊平；6)下坡口深度為h3；7)機(jī)械加工得到連接基材的下坡口；8)得到彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件B；9)最終獲得大尺寸的彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件C。可對兩個(gè)任意尺寸、任意形狀的彌散強(qiáng)化銅基材連接成彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件，與第一彌散強(qiáng)化銅基材、第二彌散強(qiáng)化銅基材成分一致，不會(huì)影響性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的增材制造連接成形方法，特別適用于氧化物、碳化鎢、氮化物、硼化物陶瓷相(Al₂O₃、Y₂O₃、TiC、TiN、TaC、TaN、TiB₂)等彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的制備。

背景技術(shù)

彌散強(qiáng)化銅是指在銅基體材料中加入一定量的陶瓷(一般含量小于1重量％，尺寸小于75nm)，陶瓷均勻分布在基體中，構(gòu)成彌散分布的第二相納米粒子來強(qiáng)化材料。由于陶瓷粒子具有高耐熱穩(wěn)定性，納米級別的陶瓷粒子亦可阻礙位錯(cuò)和晶界運(yùn)動(dòng)，使得彌散強(qiáng)化銅合金具有較強(qiáng)的抗高溫軟化和抗高溫蠕變特性，且陶瓷粒子與銅基材不相溶，對銅合金導(dǎo)電率影響較小，相比較于傳統(tǒng)銅材料，彌散強(qiáng)化銅在常溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到600MPa以上，700℃下抗拉強(qiáng)度可達(dá)230MPa以上，具有較好的高溫力學(xué)性能，同時(shí)由于細(xì)小彌散分布的強(qiáng)化相的定扎作用，能夠在退火過程中有效阻礙晶粒長大，彌散強(qiáng)化銅材料經(jīng)500℃～900℃退火處理后，抗拉強(qiáng)度能夠保持退火前的80％(500MPa以上)，具有優(yōu)異的抗高溫軟化能力，并具有良好的耐磨、耐電弧燒蝕性能，被廣泛應(yīng)用于電接觸材料、導(dǎo)電彈性材料和集成電路引線框架材料、微波管、導(dǎo)電劑點(diǎn)焊電極材料等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)制備彌散強(qiáng)化銅主要采用機(jī)械合金化法、反應(yīng)噴射沉積及內(nèi)氧化法。機(jī)械合金化法是將一定量的陶瓷粉末與銅粉末進(jìn)行高能球磨獲得混合粉末，然后將混合粉末壓坯，除氣后熱(等靜)壓和熱擠壓后而制成，可制備各種氧化物、碳化物、氮化物及硼化物彌散強(qiáng)化銅材料，如公告號(hào)為CN109136615B的中國發(fā)明專利公布的一種高強(qiáng)高塑彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的制備方法，通過高能球磨納米陶瓷顆粒與銅的氧化物粉末，然后在還原性氣氛中燒結(jié)制備彌散強(qiáng)化銅；反應(yīng)噴射沉積是在噴射銅合金時(shí)，加入反應(yīng)性的合金粉或反應(yīng)元素氣體，使兩者反應(yīng)形成相應(yīng)的彌散強(qiáng)化銅，如Cu-Al₂O₃及Cu-TiB₂等材料。內(nèi)氧化法主要制備Al₂O₃彌散強(qiáng)化銅，將Cu-Al合金粉(氣霧化或水霧化法制備)與適量氧化劑混合后，置于高溫密封容器內(nèi)(800-1000℃)，溶質(zhì)元素Al與O之間優(yōu)先發(fā)生氧化生成Al₂O₃，待內(nèi)氧化完成后為將粉末中的殘余氧去除，應(yīng)將復(fù)合粉末進(jìn)行氫氣還原，之后將所得粉末進(jìn)行包套，最后通過熱壓或熱鍛等成形。

雖然以上方法都可以制備彌散強(qiáng)化銅材料，但存在的普遍問題是：受限于壓坯或包套尺寸及熱等靜壓或擠壓設(shè)備的限制，所制備的彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的形狀和尺寸將受到很大的限制，目前，國內(nèi)的彌散強(qiáng)化銅產(chǎn)品普遍都是棒材且尺寸較小(棒材的一般尺寸為直徑100mm，長度為2000mm)，板材產(chǎn)品較少，如公開號(hào)為CN?109536771A的中國發(fā)明申請公開的制備1.0～5mm厚的彌散強(qiáng)化銅板材，無法制備較大尺寸板材的彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件。

通過連接工藝，可實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的尺寸大型化和形狀復(fù)雜化。研究表明氧化鋁彌散強(qiáng)化銅可以經(jīng)過真空釬焊實(shí)現(xiàn)與紫銅的連接，但連接界面存在孔洞缺陷，強(qiáng)度不高；例如公開號(hào)為CN103447668A的中國發(fā)明申請公布了一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅與同種/異種材料焊接的方法，但焊絲材料為鎳銅，與基材成分不一致，難以保證焊接后氧化鋁彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件性能一致，且熔化焊方法容易引起納米氧化鋁強(qiáng)化相團(tuán)聚、長大，降低氧化鋁彌散強(qiáng)化銅材料性能。大尺寸彌散強(qiáng)化銅構(gòu)件的連接成形技術(shù)已成為制約其應(yīng)用的難點(diǎn)。