[發(fā)明專利]一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅錫合金粉及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111428809.0
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114192788A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆志巧;陳峰;李杏英;張吉阜;陳煥濤
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院新材料研究所
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F1/12;B22F1/145;B22F9/22;C22C9/02;C22C32/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本發(fā)明公開了一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅錫合金粉及其制備方法，屬于粉末冶金領(lǐng)域。針對現(xiàn)有的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基胎體微細(xì)粉末制備難度大、收得率低、成本高等問題，本發(fā)明以內(nèi)氧化法制得的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅的粗大顆粒為原料，提供了一種粉末粒徑細(xì)小、松裝密度低、氫損小的氧化鋁彌散強(qiáng)化銅錫合金粉及其制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋁彌散強(qiáng)化銅錫合金粉及其制備方法，屬于粉末冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金剛石是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界中硬度最高的物質(zhì)，因而成為加工各種堅硬材料必不可少的工具材料。金剛石一般都是細(xì)小顆粒狀，需要使用胎體材料將其制成具有一定形狀和機(jī)械強(qiáng)度的制品才能得以使用。在金剛石工具中，金剛石是切削元件，胎體則是不可缺少的組成部分，對金剛石能否充分、有效地工作起決定性的作用。胎體主要有兩大功能：一是“包鑲”切削元件，決定了金剛石工具的使用壽命；二是與切削元件(金剛石)“匹配”磨損，決定了金剛石工具的鋒利度(或工作效率)。金剛石制品的質(zhì)量在很大程度上取決于其胎體的性能，而胎體的性能主要取決于胎體材料。

大量的應(yīng)用試驗表明，胎體的強(qiáng)度、硬度、彈性模量、合適的磨損特性和抗高溫軟化能力是保證金剛石工具同時兼顧鋒利度和使用壽命的關(guān)鍵。現(xiàn)有的金屬胎體常用的強(qiáng)化方式多為添加合金元素，通過固溶強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化的作用使胎體的強(qiáng)度和硬度得到提高。采用這些方法，一方面在強(qiáng)度、硬度、彈性模量和適當(dāng)?shù)哪p性能之間難以取得平衡；另一方面，合金相在高溫下會發(fā)生軟化，導(dǎo)致胎體抗高溫軟化能力依然不足。

彌散強(qiáng)化是一種提高銅基胎體性能的方法。氧化鋁彌散強(qiáng)化銅合金中的強(qiáng)化相氧化鋁粒子以納米級尺寸均勻彌散分布于銅基體內(nèi)，在接近銅基體熔點的高溫下也不會溶解或粗化，因而可以強(qiáng)烈阻礙位錯、晶界和亞晶界的運(yùn)動，不僅能起到強(qiáng)化胎體的作用，還能夠使胎體具有良好的抗高溫軟化能力，并改變胎體的磨損特性，最終顯著改善工具的性能。但是氧化鋁粒子對燒結(jié)致密化有明顯的阻礙作用，因此氧化鋁彌散強(qiáng)化銅基胎體粉末在熱壓燒結(jié)時通常需要更高的壓強(qiáng)和溫度。如ZL 201910616893.5所公開的一種納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅-鎳-錫胎體，其熱壓燒結(jié)壓強(qiáng)需超過35MPa，最佳燒結(jié)溫度需達(dá)到880℃。這增加了金剛石工具的制備難度，并會降低石墨模具的使用壽命。

降低胎體粉末的粒徑可以提高粉末的燒結(jié)活性。例如比利時Umicore公司采用濕化學(xué)法制備的一種名為Cobalite 的粉末，其中含有質(zhì)量含量為0.6％的納米級的Y₂O₃。該粉末的費氏粒度為2.2μm，D₅₀為12μm。這種粉末經(jīng)800℃、35MPa熱壓燒結(jié)就可以達(dá)到99.3％的致密度。但是，采用化學(xué)法制備納米氧化物彌散強(qiáng)化粉末，存在原料成本高，能耗大，生成的廢水、廢氣(如NO₂、NH₃等)需進(jìn)一步處理等問題。與濕化學(xué)法相比，內(nèi)氧化法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅粉末的成本更低。然而，如中國專利ZL 201410132717.1所公開的，在基于內(nèi)氧化法制備納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅粉末的過程中，為了保證內(nèi)氧化能夠充分進(jìn)行，內(nèi)氧化溫度通常需要達(dá)到900-950℃。在這種高溫條件下，粉末之間不可避免地會發(fā)生燒結(jié)。同時，Al的氧化是一個放熱過程，這導(dǎo)致內(nèi)氧化過程中粉末的實際溫度會超過內(nèi)氧化溫度，并隨著Al含量增加而增加。理論計算表明(LIANG S H,FANG L,XU L,et al.Effectof Al content on the properties and microstructure of Al₂O₃-Cu compositeprepared by internal oxidation[J].Journal of Composite Materials,2004,38:1495-1504.)，內(nèi)氧化為950℃時，當(dāng)粉末中的Al含量達(dá)到0.5wt％，內(nèi)氧化的實際溫度將達(dá)到Cu的熔點。這使粉末在內(nèi)氧化過程中會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的結(jié)塊現(xiàn)象，給粉末的破碎帶來很大困難。因此，通常情況下，基于內(nèi)氧化法制備的納米氧化鋁彌散強(qiáng)化銅粉末粒徑比較粗大，粒徑≤45μm的細(xì)粉收得率不超過15％。

發(fā)明內(nèi)容