[发明专利]一种采用超声分散制备弥散强化铜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及采用熔炼—超声分散—浇注的工艺制备出性能优异的弥散强化铜的方法。适用于各类要求高强高导的铜合金的生产。

背景技术

弥散强化是通过在金属基体中引入稳定、均匀、细小的氧化物质点，钉扎位错、晶界、亚晶界，阻碍位错的移动，从而强化材料的方法。弥散强化铜由于在铜基体中弥散分布着细小均匀的氧化物质点，其强度较高，软化温度高；同时细小弥散分布的氧化物质点又不会对铜合金本身的导电导热性造成不良影响，使得弥散强化铜在提高强度的同时还能保持自身优异的导电导热性。因此，弥散强化铜是综合导电性、导热性、室温和高温强度、硬度和耐磨性、抗熔焊性能最高的铜合金。

传统的制备弥散强化铜的方法均为粉末冶金法，先制备弥散强化铜粉，然后进行致密化处理，得到弥散强化铜块体材料。其最关键的技术就是制备弥散强化铜粉，目前有机械合金化法和内氧化法这两种比较成熟的技术制备弥散强化铜粉。

机械合金化法是将铜粉和纳米氧化铝粉末一起进行高能球磨，得到弥散强化铜粉。该方法制备的弥散强化铜性能有一定的提高，但是成本较高，机械合金化过程不易控制，弥散程度不够均匀，达不到性能要求。

内氧化法是将铜铝合金粉末在N₂和O₂的混合气氛中进行选择性氧化，Al被氧化成为Al₂O₃，之后在氢气中还原，去除多余的O，得到Al₂O₃弥散强化铜粉末。该方法制备的弥散强化铜弥散相分布较为均匀，但是工艺较复杂，不适于大规模生产弥散强化铜。

发明内容

本发明为了解决现有制备弥散强化铜的方法中工艺复杂、成本较高，产品性能不稳定的技术问题，提供一种工艺简单、成本低廉、性能优异和适于大规模生产的氧化铝弥散强化铜的制备方法。

为解决所述问题，本发明提出的一种采用超声分散制备弥散强化铜的方法，其步骤包括：

步骤一，将铜或者铜合金置于坩埚中熔炼，熔炼温度为1100～1150℃；

步骤二，将粒径为10～30nm的氧化铝（Al₂O₃）颗粒加入到所述坩埚的熔体中，加入氧化铝的质量为铜和氧化铝质量总和的0.5～2%；

步骤三，然后将超声波探头浸入所述坩埚的熔液中，进行超声波处理，超声波的频率为15～20kHz，处理时间为5～8分钟；

步骤四，最后将所述坩埚的熔液浇注，即得到纳米氧化铝弥散强化铜。

其中，所述超声波探头可以为Ti合金探头，也可以为Nb合金探头。

本发明在传统的熔炼的基础上，添加超声设备，利用超声分散原理，将加入到铜熔体中的纳米级Al₂O₃颗粒均匀分散到熔体中，熔体冷却凝固之后即可得到纳米级Al₂O₃弥散强化铜。利用超声分散，将纳米颗粒均匀分散到熔体中的基本原理是：由于纳米颗粒松装，中间存在气体，可以作为空化核，超声传播过程中，在传播介质中形成负压和正压，空化核在负压时长大，当正压时爆破，由此在纳秒范围内，可在介质中形成“热点”，“热点”的温度可高达5000K，压力可以高达1000atm，降温速率可达10¹⁰K/s。空化效应可有效的清洁纳米颗粒表面，增强与基体熔液的润湿性，撕裂纳米颗粒团聚，同时，超声声流效应，在介质中形成声压梯度，使颗粒分散，达到纳米粒子均匀分布的效果。

与现有技术相比，本发明的特点是原料易得、操作简单、适于大规模生产。同时制得的弥散强化铜弥散相分布均匀粒度细，性能优异。本发明比粉末冶金法更加适宜于大规模生产，并且工艺简单，其成本更加低廉。

具体实施方式

实施例1：  制作0.5% Al₂O₃ 弥散强化铜

将一定质量的铜或者铜合金在坩埚中熔炼，熔炼温度为1100℃；之后加入适量的粒径为10～30nm的氧化铝（Al₂O₃）颗粒到熔体中，并确保加入氧化铝的质量为熔炼铜材和氧化铝质量总和的0.5%；然后将超声波Ti合金探头浸入上述的铜材熔液中，进行超声波处理，超声波的频率为15kHz，超声时间为5分钟，之后将所述熔液浇注，即可得到纳米Al₂O₃弥散强化铜。