[发明专利]一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法

说明书

本发明属于粉末冶金制粉领域，具体涉及一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法。本发明的氧化剂中Al₂O₃含量为0.2～2.4wt％(质量百分比)，γ‑Al₂O₃含量：≥95％，γ‑Al₂O₃平均粒径D小于30nm。合金制备以水雾化或氮气雾化的Cu‑Al合金粉为原料，经过液相反应合成、氢气干燥、压制、致密化、精加工等工序，得到综合性能优异的单相的纳米氧化铝颗粒弥散强化铜合金。本发明是结合液相介质供氧和原位反应合成相，开发出的一种新型“自适应性”液相原反应合成技术。同现有技术相比具有生产流程短、工艺简单、材料性能稳定等优势，对于拓宽该材料在高端技术领域的应用和发展，完善弥散强化铜合金的制备工艺及其理论意义重大。

技术领域

本发明属于铜合金粉末冶金制粉领域，涉及一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法。

技术背景

弥散强化铜合金是将熔点高、硬度大、良好热稳定性及化学稳定性的陶瓷颗粒均匀弥散地分布于铜基体中而形成的一类铜合金材料。相比较于其他的强化方式，弥散强化的强化质点在高温下不发生溶解和长大，对位错运动和晶界迁移具有强烈的阻碍作用，显著地提高了材料的强度以及抗高温软化特性，同时质点对自由电子散射的影响作用较小，因此不会明显降低铜基体的电导率。弥散强化铜合金的应用非常广泛，涉及电子、机械、制造、工程应用、航空航天等几乎所有领域，具体可应用于各类电阻焊电极，大电流焊接电缆，大规模集成电路引线框架、大功率微波管结构材料、各种热交换材料、模具材料、连铸机结晶器内衬及结构材料件，热核反应堆的托克马克装置中偏滤器垂直靶材用散热片、核聚变动力发电机及其冷却管、ITER应用的天线镜设计，火箭发动机燃烧室和火箭喷嘴，各类粒子加速器，电磁发射装置，高脉冲磁场导电材料，电动汽车，高速列车等诸多领域。

弥散强化合金的性能取决于所选择的弥散相的本征特性。可用于作为铜基体中弥散相的种类有很多，主要包括：(1)各种氧化物：Al₂O₃、ThO₂、BeO、ZrO₂、CrO₂等；(2)各种硼化物、碳化物、氮化物、硅化物：BN、TiB₂、TiC、TaC、WC、TiN、AlN、SiC等；(3)金属间化合物：Fe₃Al、Ni₃Al等。合理选择弥散相的种类能最大限度地发挥弥散相的强化效应，因此选取需遵循一定的原则：弥散颗粒本身熔点高、硬度大，高温下结构稳定，不发生溶解；在铜基体中固溶度小，扩散速率较低；弥散颗粒与基体之间的界面结合力较强；弥散颗粒在铜基体中的粒度大小、分布、体积含量、形状、间距合适。Al₂O₃和Y₂O₃等氧化物颗粒粒径细小且高温下性能稳定，可将其加入铜基体并使之在基体内弥散分布，从而制备出氧化物弥散强化铜。其中Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金是一种优良的高强、高导合金材料。由于弥散分布的纳米级Al₂O₃粒子对铜基体起到了弥散强化的作用，因此，该合金具有高强度、高硬度、高导电率及高软化温度等特性。具有组织稳定、无相变、屈服强度和抗拉强度高等特点。常温硬度高，硬度随温度的升高下降幅度小，高温抗蠕变性能好。热、电传导率高。加工性能优良，软化温度高达930℃，在铜合金中比较高，但是低于钨铜(1000℃)导电率，散热性能介于钨铜(220W/m.k)以及纯铜(390W/m-k)之间。硬度超过HRB 84，强度高，疲劳性能和耐磨性能好。