[发明专利]一种高Al2O3浓度Cu‑Al2O3纳米弥散强化合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米合金材料技术领域，具体涉及一种高Al₂O₃浓度Cu-Al₂O₃纳米弥散强化合金的制备方法。

背景技术

纯铜(如T1，TU1，TP2等)具有良好的导电导热性能，但强度非常低。铜中添加适量的合金化元素使合金产生沉淀析出相，可以大幅提高强度，但也牺牲了其导电性能；同时，这些沉淀强化型铜合金(如Cu-Cr、Cu-Ni-Si、Cu-Fe-P等)耐热稳定性较差，软化温度均在500℃以下，难以满足目前对高强高导耐热铜合金的苛刻要求。

Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金是一种新型的功能铜合金，其具有高强度、高导电、高导热、抗高温退火软化和抗高温蠕变特性，是大规模集成电路引线框架、大功率异步电动机转子、高速铁路架空线、电阻焊电极、点真空微波管、大推力火箭发动机等的理想材料。氧化铝质量含量大于0.65％的弥散强化铜合金可被定义为高含量氧化铝弥散强化铜合金(王永朝等，《弥散强化铜弥散相特征与其性能的关系》，材料开发与应用,27(4),27-32(2012))。高含量氧化铝弥散强化铜合金通常具有更优异的高温性能及电极使用寿命。随着机械制造业尤其是汽车工业的飞速发展，对高氧化铝弥散强化铜合金的需求量正在日益增加。

目前，Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金的工业生产方法为内氧化法，其 要点是采用氧化剂对Cu-Al合金粉末进行氧化，然后对氧化粉末进行还原来获得高强高导耐高温的Cu-Al₂O₃合金。该方法制备的Cu-Al₂O₃合金增强相是原位生成的，与基体具有优异的结合性，内氧化能使增强相颗粒分布均匀,且尺寸细小。CN101240387公布了一种纳米弥散强化合金及其制备方法，该方法利用氢气二次还原技术制备Al₂O₃含量为0.03-0.08wt％的Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金，导电率可达96％以上。CN1940116公布了一种零烧氢膨胀纳米弥散强化Cu-A_l2O₃合金及其制备方法，该方法制备的Al₂O₃含量为0.08-1.2wt％，σ_0.2比无氧铜高3-11倍。

但是内氧化法制备高含量氧化铝弥散强化铜时，随氧化铝含量的增加，弥散相分布的不均匀程度增加，导致材料局部的硬化效果不一致，材料性能变差，尤其是其含量超过1.2wt％时，内氧化法在制备Cu-Al₂O₃复合材料时，由于氧元素扩散困难，元素内氧化的量受到限制，合金中Al含量过高也使得增强相也不可避免的增强相团聚、粗化和沿晶界分布现象，从而影响材料性能的提高。因此内氧化法难以制备高氧化铝含量的弥散强化铜合金粉。

机械合金化法也是制备Cu-Al₂O₃纳米弥散强化合金的方法之一，但该方法制备的合金产生的Al₂O₃增强相大小和分布无法控制，极大影响了材料的性能，故而难以用于产业化。

CN 103934451 A虽然采用两步氧化法获得了高含量氧化铝弥散强化铜合金，其先利用机械合金化球磨过程预先氧化Cu-Al粉末，然后采用内氧化法对其进行二次氧化，该方法优点是制备的合金Al₂O₃含 量可高达9％。然而，该方法所获得的合金中氧化铝大部分仍在球磨过程中形成，其产生的Al₂O₃增强相大小和分布不均一，其后的内氧化过程仅残余的Al进行氧化，其产生的Al₂O₃增强相虽细小均匀但含量较少，导致合金性能受到很大的影响。如CN103934451A制备的Al₂O₃含量为0.9％的合金，其导电率仅为68％，反而远远不如CN19401116直接采用内氧化法制备的Al₂O₃含量为1.15％的合金(其导电率可达80％)，这主要是受制于CN103934451 A制备合金中的Al₂O₃增强相大小、分布以及Al的残留。

发明内容