一種納米強化銅合金制備方法
【專利說明】
一、技術領域
[0001]本發明涉及一種納米強化制備方法，尤其是銅合金制備方法，屬于納米彌散強化金屬復合材料技術領域。
二、【背景技術】
[0002]2014年中國銅產量達796萬噸，居世界首位。銅合金已廣泛應用工業制造的各個領域。隨著機械、冶金、電子、電力與新能源、礦山、交通以及航空航天工業的迅猛發展，銅基復合材料被廣泛用作集成電路的引線框架、超高壓電真空器件、光伏聯結器、電阻焊電極、先進飛行機翼前緣和核工業關鍵部件、高速列車架空導線、電動機電刷、電觸頭等高新技術領域作為關鍵材料。這些應用對銅合金的強度、導電性、耐磨性、高溫軟化性能和使用壽命均提出了更高的要求，迫切需要開發不僅具有良好導電(熱)性，而且具有較高機械和耐磨性能、較低熱膨脹系數、較高溫軟化性能的功能材料。
[0003]銅和銅合金是傳統的高導電(熱)材料，但由于強度低，耐熱性差，高溫下易軟化變形，其應用范圍受到很大的限制。現有的高強高導電銅合金的強化方式主要包括形變原位復合法、顆粒強化、彌散強化、纖維強化、固溶強化+沉淀強化、細晶強化等。其中納米彌散強化無疑是最具發展潛力和應用前景最廣的強化方式。
[0004]納米銅合金是一種具有優良綜合物理性能和力學性能的新型功能材料，它兼具高強度、高導電性、高耐磨性和良好的抗高溫軟化性能，已成為各類高新技術領域中關鍵的電工、電氣材料。。
[0005]傳統的納米彌散強化銅合金的不同復合法包括非原位復合法、粉末冶金法、機械合金化法、原位復合法、內氧化法、碳熱還原法、噴射沉積法、機械合金化等。這些方法多存在制備技術工藝復雜、生產成本過高、燒氫膨脹技術缺陷難以消除等問題，阻礙了這一先進材料的推廣應用，這些方法多存在制備技術工藝復雜、生產成本過高、燒氫膨脹技術缺陷難以消除等問題，阻礙了這一先進材料的推廣應用，難以滿足各類高新技術領域中關鍵器件的研制與生產需要，制約了裝備水平的進步。
[0006]因此開展高性能納米強化銅合金研究，進一步簡化其制備工藝，對滿足高新技術裝備發展需要具有十分重要意義。
三、
【發明內容】
[0007]本發明目的在于提供一種納米彌散強化銅合金及其制備方法，銅合金由以下組分組成:占銅合金總質量的0.1-1.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.1_5%的納米絡，絡的粒徑為<100nm;占銅合金總質量的0.1-3%的納米氧化錯，氧化錯的粒徑為<70nm;余量為銅及其他合金。本發明制得的納米強化銅合金成品率高、成本低、性能穩定且內部缺陷少，可以廣泛應用于各種納米強化銅合金的制造中。
[0008]納米彌散強化銅合金制備方法可適用于機械、冶金、電子、電力與新能源、礦山、交通以及航空航天工業等領域的各種銅基合金材料的制備。尤其各類高新技術領域所需的高強度、高導電性、高耐磨性和良好的抗高溫軟化性能銅基合金材料的制備。
[0009]本發明目的是實現方法是:
[0010]第一步:納米預合金粉體制備。先將占銅合金總質量的0.1-1.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.1-5%的納米絡，絡的粒徑為<100nm;占銅合金總質量的
0.1-3 %的納米氧化錯，氧化錯的粒徑為< 7Onm ；納米碳、納米絡、納米氧化錯以特定的比例混合，采用在氬氣保護下球磨混合方法，制備成納米預合金粉體。球磨條件為:氬氣保護下球磨，球磨罐與磨球材質:淬火不銹鋼;球料比:15:1 ;球磨轉速:300rpm，球磨時間:10?10h0
[0011]第二步:將上述納米預合金粉體制成包芯線或按加入比例制成壓塊或銅皮包覆塊。
[0012]第三步:將銅合金按合金比例熔化、等待納米彌散強化。
[0013]第四步:納米彌散強化。對于模鑄，可采用鐘罩法將上述粉體壓塊或銅皮包覆塊快速壓入銅合金熔爐內并攪拌均勻后澆鑄，或采用沖入法即將上述壓塊或銅皮包覆塊放置在中包或模腔內，沖入銅合金，根據需要可采用振動結晶或電磁攪拌促使納米粉體在銅熔體中均勻化，冷卻后形成納米彌散強化銅合金鑄錠或鑄坯。
[0014]對于連鑄，可采用喂絲法將上述粉體喂入銅合金熔體的保溫爐內或結晶器內，根據需要可采用振動結晶或電磁攪拌促使納米粉體在銅熔體中均勻化。冷卻后形成納米彌散強化銅合金鑄錠或鑄還。
[0015]第五步:固溶處理或均勻化退火。根據需要，對上述納米彌散強化銅合金鑄錠或鑄坯進行固溶處理或均勻化退火。
[0016]第六步:擠壓或其他熱加工。根據需要，對上述納米彌散強化銅合金鑄錠或鑄坯加熱特定溫度進行擠壓加工或鍛造、輾壓等熱加工成棒材、型材。
[0017]第七步:冷拔、冷乳或其他冷加工。根據需要，對上述熱加工獲得的棒材、型材進行冷拔、冷乳或其他冷加工，以獲得所需的表面質量、幾何尺寸、形位公差。
【附圖說明】
[0018]圖1是納米彌散強化銅合金制備典型工藝流程圖。
四、【具體實施方式】
[0019]本發明的實施例1:
[0020]采用本發明所述的方法，先將占銅合金總質量的0.1-0.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.1-0.6%的納米鉻，鉻的粒徑為< 10nm;占銅合金總質量的
0.05-0.3%的納米氧化鋯，氧化鋯的粒徑為<70nm;三種納米粉體混合后，在氬氣保護下球磨制備成納米預合金粉體。另將純銅在300kg有芯感應電爐中熔化。再將納米預合金粉體按加入熔體比例用量制成銅皮包覆塊預置在澆鑄模腔內，沖入純銅合金，凝固過程采用振動結晶促使納米粉體在銅熔體中均勻化，冷卻后形成納米彌散強化銅合金鑄錠。900?950°C二次加熱后鍛造成圓餅、加工成各類高強度、高導電、高抗軟化溫度特性的納米彌散強化電阻焊電極，其產品硬度2 85HRB，軟化溫度2 900°C，導電率2 85%IACS。
[0021]本發明的實施例2:
[0022]采用本發明所述的方法，先將占銅合金總質量的0.1-0.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.1-0.6%的納米鉻，鉻的粒徑為< 10nm;占銅合金總質量的
0.01-0.1%的納米氧化鋯，氧化鋯的粒徑為<70nm;三種納米粉體混合后，在氬氣保護下球磨制備成納米預合金粉體。另將純銅在300kg有芯感應電爐中熔化，按GB/T5231中QCr0.5加入金屬鉻所需的下限量、加入磷銅合金脫氧。再將納米預合金粉體按加入熔體比例用量制成包芯線，在上引連鑄時采用喂絲法將上述粉體喂入銅合金熔體的保溫爐內，并采用電磁攪拌促使納米粉體在銅熔體中均勻化。經上引連鑄成形獲得納米彌散強化銅合金連鑄鑄坯。經下料、900?950°C 二次加熱后，擠壓棒材或型材，制成具有高強度、高導電性、高軟化溫度特性的納米彌散強化光伏聯結器。主要性能指標:其產品硬度85?95HRB，軟化溫度2850°C，導電率 2 82%IACS。
[0023]本發明的實施例3:
[0024]采用本發明所述的方法，先將占銅合金總質量的0.1-0.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.3-0.6%的納米鉻，鉻的粒徑為< 10nm;占銅合金總質量的
0.01-0.1%的納米氧化鋯，氧化鋯的粒徑為<70nm;三種納米粉體混合后，在氬氣保護下球磨制備成納米預合金粉體。另將純銅在300kg有芯感應電爐中熔化，按GB/T20809中加入Cu-0.1Ag-Cr金屬銀、金屬鉻所需的下限量、加入磷銅合金脫氧。再將納米預合金粉體按加入熔體比例用量制成包芯線，在上引連鑄時采用喂絲法將上述粉體喂入銅合金熔體的保溫爐內，并采用電磁攪拌促使納米粉體在銅熔體中均勻化。經上引連鑄成形獲得納米彌散強化銅合金連鑄鑄坯。經冷拔、高溫固溶處理，制成具有高強度、高導電性、高軟化溫度特性的納米彌散強化高速電氣化鐵路接觸網用接觸導線。主要性能指標:其產品抗拉強度2630MPa，伸長率 2 8.0%，導電率 2 82%IACS。
【主權項】
1.一種納米彌散強化銅合金，其特征是銅合金由以下組分組成:占銅合金總質量的0.1-1.5%的納米碳，碳的粒徑<70nm;占銅合金總質量的0.1_5%的納米絡，絡的粒徑為<10nm;占銅合金總質量的0.1-3 %的納米氧化錯，氧化錯的粒徑為< 7Onm ；余量為銅及其他I=IO2.制備權利要求1所述的納米彌散強化銅合金制備所涉及工藝方法，包括但不限于納米粉體預合金制備方法，納米預合金粉體加入方法、納米彌散強化銅合金熱處理及冷熱加工方法。3.本發明【具體實施方式】所給出的納米彌散強化銅合金及其制備方法。
【專利摘要】本發明涉及一種納米彌散強化銅合金，銅合金由以下組分組成：占銅合金總質量的0.1-1.5％的納米碳，碳的粒徑＜70nm；占銅合金總質量的0.1-5％的納米鉻，鉻的粒徑為＜100nm；占銅合金總質量的0.1-3％的納米氧化鋯，氧化鋯的粒徑為＜70nm；余量為銅及其他合金。本發明制得的納米強化銅合金成品率高、成本低、性能穩定且內部缺陷少，可以廣泛應用于各種納米強化銅合金的制造中。
【IPC分類】C22C1/10, C22C1/02, C22F1/08, C22C9/00
【公開號】CN105543514
【申請號】CN201510427513
【發明人】陳洪冰, 孫胡并菊
【申請人】江陰三凌金屬制品有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年7月16日