[发明专利]一种提高金属铜抗氧化能力的方法

说明书

本发明提供一种提高金属铜抗氧化能力的方法，将质量分数为99.8％‑98％的铜与质量分数为0.1％‑1％的钛和质量分数为0.1％‑1％的铝混合；在真空熔炼炉内经过洗气程序、熔炼钛锭除氧、反复熔炼混合物料3‑5次后形成铜钛铝合金；再将铜钛铝合金打磨抛光，电解抛光，在通有保护气体的管式炉中退火，退火温度为600℃‑900℃；退火炉内保温480min‑1440min,并在程序控制下用720min‑1440min降温至100℃后随炉冷至室温，在保护气氛中退火处理，两种添加元素偏析到合金表面，形成Al₂O₃‑TiO₂双层复合膜保护层，提高了金属铜的抗氧化能力。

技术领域

本发明涉及工业金属抗氧化处理技术领域，具体涉及一种提高金属铜抗氧化能力的方法。

背景技术

铜作为一种最古老的金属，拥有非常广泛的属性，这使得它在社会经济发展中具有不可估量的价值。由于其优异的导电性、导热性和出色的可加工性，已广泛应用于高脉冲磁场导体、冷却装置、集成电路引线架、支撑电极等领域。然而，在这些应用中，高温下工作的铜容易遭受严重的氧化，从而增加了电阻，降低了器件的效率，甚至导致元件失效。

一般的抗氧化方法诸如表面钝化、电镀喷漆等都不可避免的带来酸碱废液、废渣等环境问题。添加合金元素是提高铜抗氧化性的常用方法，目前，已经开发了大约70种高强度和高导电性的铜合金，如铜-铬、铜-锆、铜-镁、铜-铁等。近年来，有人提出通过在铜中添加少量合金元素并在惰性气氛中对其进行热处理的方法，在铜表面自生形成一层抗氧化薄膜从而达到阻止铜进一步被氧化的目的。该方法因其能有效提高铜的抗氧化能力且对环境没有破坏作用而备受人们的关注。然而，二元合金经预退火形成的单层保护性氧化膜形成温度和时间较高，对铜的保护性较弱，因此，探索新的铜合金仍然是必要的，铜的耐高温氧化性有待进一步提高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高金属铜抗氧化能力的方法，包括以下步骤：

(1)将质量分数为99.8％-98％的铜与质量分数为0.1％-1％的钛和质量分数为0.1％-1％的铝混合；

(2)将混合物料置于真空熔炼炉内的熔炼容器中，并将钛锭放在熔炼容器正中央坩埚中，所述的钛锭为标准除氧样品；然后进行洗气程序，将炉体抽至-0.1atm的低真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为3000-6000cm³/min，气压为1atm，反复通放气6-8次，以保证真空熔炼炉内为氩气保护气环境；

(3)熔炼混合物料前，先反复熔炼钛锭8次以上，每次60-80s，反复熔炼钛锭后，对混合物料进行反复熔炼3-5次，熔炼过程中开启熔炼炉电磁搅拌或使用金属勺对混合物料进行翻面，确保金属液中各成分混合均匀，以制备成分均匀、性能稳定的铜钛铝合金；

(4)将熔炼得铜钛铝合金锭表面用砂纸打磨抛光，去除氧化膜；

(5)将抛光好的铜钛铝合金依次放入丙酮、乙醇进行超声波清洗，去除表面的油污和细小杂质颗粒，随后将超声清洗的合金放入电解液里进行电解抛光，将电解抛光后的合金再用乙醇超声波清洗一遍；

(6)将抛光清洗好的铜钛铝合金在通有保护气体的管式炉中退火，退火温度为600℃-900℃；退火炉内保温480min-1440min,并在程序控制下用720min-1440min降温至100℃后随炉冷至室温，该过程全程通入保护气氛为Ar-20％H₂，气体流速为50cm³/min。

作为优选，步骤(1)中所述的铜为高度3-5mm、截面直径3-5mm的圆柱颗粒，纯度为99.9999％；所述的钛为颗粒状，纯度为99.99％，所述的铝为颗粒状，纯度为99.99％。若物料为粉末状，则熔融时会因瞬间高温引起挥发飞溅，造成危险，而大块状物料不利于熔透，导致熔炼后合金均匀性差。