[發明專利]一種納米氧化物彌散強化銅合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202210306322.3
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114703391A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 趙覓;嚴有為;江勇;徐博洋;徐俊杰;張鵬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/05;B22F9/04;B22F3/105;B22F3/24;C22F1/02;C22F1/08;C22C1/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張瑩亞

本發明公開了一種納米氧化物彌散強化銅合金及其制備方法。所述方法包括下列步驟：(1)預合金粉末的制備：將金屬Cu與金屬Y熔煉為合金熔液，通過氣體霧化法得到Cu?Y預合金粉末；(2)粉末的機械合金化：將所述Cu?Y預合金粉末與銅基氧化物粉末混合后進行高能球磨得到合金粉末；(3)放電等離子燒結：將所述合金粉末采用放電等離子技術燒結成形，得到塊體銅合金；(4)燒結材料的熱處理：將所述塊體銅合金進行退火處理，得到納米氧化物彌散強化銅合金。本發明避免了粉末在球磨過程中的冷焊黏連、黏球或黏罐等問題，同時采用銅基氧化物作為氧源，解決了氧化物彌散強化銅合金中彌散強化相分布不均勻的技術問題。

技術領域

本發明屬于氧化物彌散強化(ODS)合金技術領域，更具體地，涉及一種納米氧化物彌散強化銅合金及其制備方法。

背景技術

氧化物彌散強化(Oxide Dispersion Strengthened，ODS)銅基復合材料的組織結構特征是在銅基體中均勻分散著大量納米尺寸的氧化物顆粒，其中，稀土氧化物(如Y₂O₃)彌散強化銅合金是一種典型的高性能ODS銅合金。這些具有高熔點和良好的熱穩定性的Y₂O₃納米氧化物顆粒能夠有效地阻礙位錯和晶界的運動，從而提高材料的抗高溫蠕變性能。而且，納米氧化物顆粒與基體之間形成的大量界面，可以吸收輻照過程中產生的He泡而形成He陷阱，明顯提高了材料的抗輻照性能。因此，該類ODS銅合金在核能電源特別是反應堆熱沉材料領域具有廣泛的應用前景。

目前常用的制備ODS銅合金的方法有內氧化法、液相原位反應法、反應噴射沉積法、粉末冶金法、機械合金化法、機械化學合成法、多步球磨還原法等。其中傳統的機械合金化法以純Cu粉和Y₂O₃粉作為原料，將粉末密封在球磨罐中，在一定轉速和時間下進行高速旋轉，使混合粉末不斷地變形、破碎和焊合，從而制得合金化粉末，然后經過壓制、燒結、成形得到彌散強化銅合金。但由于純Cu延展性很好，導致其在高能球磨過程中極易發生冷焊，使機械合金化不易充分進行，降低了球磨效率。并且，通過目前的制備方法得到的ODS銅合金中稀土氧化物彌散強化相通常難以均勻分布，從而影響其強化效果。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種納米氧化物彌散強化銅合金及其制備方法，其目的在于以氣體霧化法制備的Cu-Y預合金粉末作為原料進行高能球磨，避免了粉末在球磨過程中的冷焊黏連、黏球或黏罐等問題，同時采用低穩定性的銅基氧化物作為氧源參與球磨，促進了氧元素的過飽和固溶，為后續納米Y₂O₃的充分析出提供了條件，成功解決了ODS銅合金中彌散強化相分布不均勻的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種納米氧化物彌散強化銅合金的制備方法，所述方法包括下列步驟：

(1)預合金粉末的制備：將金屬Cu與金屬Y熔煉為合金熔液，通過氣體霧化法得到Cu-Y預合金粉末；

(2)粉末的機械合金化：將所述Cu-Y預合金粉末與銅基氧化物粉末混合后進行球磨得到合金粉末；

(3)放電等離子燒結：將所述合金粉末采用放電等離子技術燒結成形，得到塊體銅合金；

(4)燒結材料的熱處理：將所述塊體銅合金進行退火處理，得到納米氧化物彌散強化銅合金。

優選地，所述銅基氧化物粉末為Cu₂O粉末或CuO粉末。

優選地，所述銅基氧化物粉末的粒徑為5～50μm。

優選地，所述Cu₂O粉末與所述Cu-Y預合金粉末的質量比為1:(39.5～45)；CuO粉末與所述Cu-Y預合金粉末的質量比為1:(71.5～77)。