粉末冶金法制備銅基復合材料的方法
【專利摘要】本發明涉及粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其包括將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料；再對上述銅鎳鋁合金材料進行熱處理。本發明通過旋轉的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴散，從而細化組織，降低偏析；同時，本發明通過粉末冶金法制備的銅基合金材料具有較高的硬度和強度。
【專利說明】
粉末冶金法制備銅基復合材料的方法
技術領域
[0001]本發明涉及銅基合金材料，具體說是粉末冶金法制備銅基復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]銅及銅合金是應用最早的金屬材料之一，被廣泛用于機械制造、運輸、建筑、電氣、電子等工業部門；其中電氣電子工業耗銅量較大，主要用于制造電線、通訊電纜等。銅及銅合金一般無磁性，具有良好的可焊接性能、拋光性能和表面處理性能等。而在銅中摻鎳能顯著提高耐蝕性、強度、硬度、電阻，并降低電阻率溫度系數。
[0003]粉末冶金技術是用金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末混合料經過成形和燒結制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的技術，其是一種無切肩或少切肩的加工方法，金屬利用率幾乎達到100%，具有生廣率尚、材料利用率尚等優點。而銅基粉末冶金材料由于承載能力、抗腐蝕和抗磨損能力較強，被用于制備鎖體、照相機快門機構、齒輪、凸輪等。但現有利用粉末冶金技術制備的銅基材料硬度和強度不夠，影響材料的使用性能。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本發明提供一種可制備硬度較大、強度較高的銅基復合材料的方法。
[0005]本發明采用的技術方案為:粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其包括以下步驟:
(1)將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；
(2)將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；
(3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；
(4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；
(5)將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料；
(6)再對上述銅鎳鋁合金材料進行燒結和熱處理。
[0006]作為優選，在鋁粒、銅粒和鎳粒中，鎳的含量為10wt%，鋁的含量為I一2 wt %，余量為銅。
[0007]作為優選，擠壓成型在保護氣氛中進行，壓力為1000—1200MPa。
[0008]作為優選，熱壓燒結時，先以280—320 °C的溫度燒結20—30s，然后以500—600°C溫度燒結40—60s，再以650—700 °C溫度燒結20—30s。
[0009]作為優選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。
[0010]作為優選，固溶處理的溫度為650—700°C，時間為10—12min。
[0011 ] 作為優選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。
[0012]作為優選，時效處理的溫度為300—350°C，時間為2—3h。
[0013]作為優選，球磨時間為18—22h，球料比為4.5:1 從以上技術方案可知，本發明通過旋轉的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴散，從而細化組織，降低偏析；同時，本發明通過粉末冶金法制備的銅基合金材料具有較高的硬度和強度。
【具體實施方式】
[0014]下面將詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0015]粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其包括以下步驟:
以鋁、銅、鎳粒為原料，并按鎳的含量為10wt%、鋁的含量為I一2 wt %、余量為銅進行配料;然后將鋁粒置于感應加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，以除去合金帶表面的氧化層，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉;球磨時間為18—22h，球料比為4.5:1。
[0016]將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料;在擠壓過程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動，模具中的粉末被逐漸壓實，從而通過模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護氣氛下進行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產率高;接著對上述擠壓成型獲得的銅鎳鋁合金材料進行燒結，燒結分三階段進行，先以280—320°C的溫度燒結20—30s，然后以500—600°C溫度燒結40—60s，再以650—700 °C溫度燒結20—30s;第一階段屬于燒結準備階段，為進一步地燒結凈化環境;第二階段隨著溫度的升高，合金物質顆粒之間開始形成燒結頸，并相互結合，顆粒表面氧化物發生還原反應，從而繼續參與燒結，顆粒間的結合封閉了相互之間的空隙；第三個階段的燒結溫度更高，顆粒間的燒結頸進一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結體得到進一步收縮、球化，從而提高制備材料的強度和硬度。
[0017]對上述粉末冶金材料進行熱處理;熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理；固溶處理的溫度為650—700 °C，時間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大小；固溶溫度過高，會導致晶粒粗大，降低合金強度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會導致后續時效處理難以發揮強化合金的作用。
[0018]作為優選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%;時效處理前對合金進行冷加工變形，可使合金呈現形變強化和時效強化的雙重效果;時效處理的溫度為300—350°C，時間為2—3h;時效處理可析出第二相，產生彌散強化。
[0019]實施例1
將Iwt %鋁粒置于感應加熱爐中，鋁粒溶解后加入89wt %銅粒和1(^丨%鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用100MPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以280 0C的溫度燒結30 s，然后以500 °(:溫度燒結60s，再以650 °(:溫度燒結30 s;隨后以650 °C固溶處理12min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%;最后以300 °C時效處理3h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測得該材料的硬度為38.3HRC，剪切強度為582.4MPa，體積密度為 7.28g/cm30
[0020]實施例2
將1.5 wt %招粒置于感應加熱爐中，鋁粒溶解后加入88.5 wt %銅粒和10的%鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用IlOOMPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以300 0C的溫度燒結25s，然后以560 °(:溫度燒結50s，再以680 °C溫度燒結25s;隨后以680 °C固溶處理I Imin;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%;最后以330 °C時效處理2.5 h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測得該材料的硬度為4 6.1H R C，剪切強度為593.3MPa，體積密度為 7.69g/cm3。
[0021]實施例3
將2 wt %招粒置于感應加熱爐中，鋁粒溶解后加入88wt %銅粒和1(^丨%鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以320 °C的溫度燒結20 s，然后以600 °C溫度燒結40 s，再以700 °C溫度燒結20 s;隨后以700 °C固溶處理1min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%;最后以350 °C時效處理2h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測得該材料的硬度為38.9HRC，剪切強度為583.1MPa，體積密度為 7.56g/cm30
[0022]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在【具體實施方式】以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1.粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其包括以下步驟: (I)將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液； (2 )將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶； (3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥； (4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉； (5 )將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料； (6)再對上述銅鎳鋁合金材料進行燒結和熱處理。2.根據權利要求1所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:在鋁粒、銅粒和鎳粒中，鎳的含量為10wt%，鋁的含量為I一2 wt %，余量為銅。3.如權利要求1所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:擠壓成型在保護氣氛中進行，壓力為1000—1200MPa。4.如權利要求1所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:熱壓燒結時，先以280—320 °C的溫度燒結20—30s，然后以500—600°C溫度燒結40—60s，再以650—700°(:溫度燒結20—30s。5.如權利要求4所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。6.如權利要求5所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:固溶處理的溫度為650—700°C，時間為10—12min。7.如權利要求5所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。8.如權利要求5所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:時效處理的溫度為300—350°C，時間為2—3h。9.如權利要求1所述粉末冶金法制備銅基復合材料的方法，其特征在于:球磨時間為18—22h，球料比為4.5:1。
【文檔編號】B22F9/04GK106065445SQ201610606682
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月29日
【發明人】易鑒榮, 唐臻, 林荔珊
【申請人】柳州豪祥特科技有限公司