[发明专利]一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法，该方法的步骤包括预处理‑烧结‑热变形‑旋锻‑精轧，该方法解决了氧化铝弥散铜复合材料的杂氧含量高的，完全没有氢脆问题；解决了机械球磨复合氮化铝‑铜复合材料中氮化铝颗粒粗大的问题；解决了氮化铬制备氮化铝复合材料过程中过量铬造成的开裂、强度不高等问题。

技术领域

本发明涉及金属材料加工工艺领域，具体是一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法。

背景技术

弥散强化铜复合材料具有高导热率、高导电率和优良的高温强度、高温抗蠕变性能、耐磨性能好等优点，在机电、电子、宇航和原子能等领域有着巨大的应用潜力。弥散分布的陶瓷相对该复合材料的贡献主要为：(1)钉扎位错，增加位错密度，从而增强加工硬化效果；(2)在高温条件下，阻碍位错、亚晶的迁移，从而阻碍再结晶形核以及晶界迁移，达到抗高温软化能力；(3)抑制静态和动态再结晶的进行，具备较好的高温力学性能。

目前，氧化铝弥散强化铜复合材料是应用最广泛的弥散强化铜产品，氧化铝弥散强化铜材料的物理性能与纯铜的非常相似,它不但强度高,电导率和热导率也高；即使长时间暴露于接近铜基体熔点的温度(800-900℃)之下,依然能保持很好的强度和导电率。内氧化法是制备该材料最常见的手段，也是目前氧化铝弥散强化铜研究的热点。专利CN201310151407.X、专利CN201510551047.1等都集中关注于改进内氧化及后道制坯工艺，以期得到杂氧含量低、氧化铝颗粒均匀弥散细小、卷重大的氧化铝弥散铜产品，但是都难以从根本上避免以下问题：

(1)杂氧难以除尽或杂氧控制工艺复杂

必须在高温条件下(900～1000℃)，引入过量氧铝粉才能全部生成氧化铝，此时过量的氧与铜粉生成氧化铜或氧化亚铜，利用氢气或其他还原剂还原，都难以将铜粉中的氧完全除尽，同时也增加制备锭坯的工艺流程。

(2)生成弥散、细小、均匀的氧化铝的工艺窗口狭窄

不同的氧化工艺能生成不同类型的氧化铝颗粒，α型氧化铝颗粒能起到弥散质点强化作用，而γ型氧化铝颗粒松散，不能用作强化质点。一旦工艺控制失误生成γ型氧化铝颗粒，则材料不能使用。

氮化铝最高可稳定到2200℃，室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢。导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，可由铝粉在氨或氮气氛中800～1000℃合成，是铜基复合材料中良好的颗粒增强相材料，在已公开的氮化铝复合铜合金专利中，CN201510383461.6中采用机械球磨复合法引入氮化铝颗粒来防止铜晶粒粗化，使基体晶粒细小，提高了材料内部组织结构的细微化程度，使得电接触材料在使用过程中不易熔焊，从而提高材料的抗熔焊性能和力学性能，由于采用该方法引入的氮化铝颗粒粗大，主要用作晶粒细化剂、抗熔焊剂等，对强度贡献有限。CN200310111107.5中利用铝粉还原氮化铬制得氮化铝，采用这种方法有以下弊端：(1)难以精确控制铝粉与氮化铬比例全部生成氮化铝和单质铬，在此方法中多余的氮化铬或未氮化的铝粉都难以采用后续工艺去除，从而会对复合材料带来不可逆的强度损失；(2)生成氮化铝的副产物为单质铬，在此工艺下，铬完全不能固溶进铜基体中，影响材料的导电率与力学性能，同时容易成为裂纹源，从而影响材料的后续可加工性。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法，该方法解决了氧化铝弥散铜复合材料的杂氧含量高的，完全没有氢脆问题；解决机械球磨复合氮化铝-铜复合材料中氮化铝颗粒粗大的问题；解决氮化铬制备氮化铝复合材料过程中过量铬造成的开裂、强度不高等问题。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)预处理