[发明专利]一种氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法，属于粉末冶金领域。针对现有的氧化铝弥散强化铜基胎体微细粉末制备难度大、收得率低、成本高等问题，本发明以内氧化法制得的氧化铝弥散强化铜的粗大颗粒为原料，提供了一种粉末粒径细小、松装密度低、氢损小的氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法，属于粉末冶金领域。

背景技术

金刚石是目前所发现的自然界中硬度最高的物质，因而成为加工各种坚硬材料必不可少的工具材料。金刚石一般都是细小颗粒状，需要使用胎体材料将其制成具有一定形状和机械强度的制品才能得以使用。在金刚石工具中，金刚石是切削元件，胎体则是不可缺少的组成部分，对金刚石能否充分、有效地工作起决定性的作用。胎体主要有两大功能：一是“包镶”切削元件，决定了金刚石工具的使用寿命；二是与切削元件(金刚石)“匹配”磨损，决定了金刚石工具的锋利度(或工作效率)。金刚石制品的质量在很大程度上取决于其胎体的性能，而胎体的性能主要取决于胎体材料。

大量的应用试验表明，胎体的强度、硬度、弹性模量、合适的磨损特性和抗高温软化能力是保证金刚石工具同时兼顾锋利度和使用寿命的关键。现有的金属胎体常用的强化方式多为添加合金元素，通过固溶强化或沉淀强化的作用使胎体的强度和硬度得到提高。采用这些方法，一方面在强度、硬度、弹性模量和适当的磨损性能之间难以取得平衡；另一方面，合金相在高温下会发生软化，导致胎体抗高温软化能力依然不足。

弥散强化是一种提高铜基胎体性能的方法。氧化铝弥散强化铜合金中的强化相氧化铝粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因而可以强烈阻碍位错、晶界和亚晶界的运动，不仅能起到强化胎体的作用，还能够使胎体具有良好的抗高温软化能力，并改变胎体的磨损特性，最终显著改善工具的性能。但是氧化铝粒子对烧结致密化有明显的阻碍作用，因此氧化铝弥散强化铜基胎体粉末在热压烧结时通常需要更高的压强和温度。如ZL 201910616893.5所公开的一种纳米氧化铝弥散强化铜-镍-锡胎体，其热压烧结压强需超过35MPa，最佳烧结温度需达到880℃。这增加了金刚石工具的制备难度，并会降低石墨模具的使用寿命。

降低胎体粉末的粒径可以提高粉末的烧结活性。例如比利时Umicore公司采用湿化学法制备的一种名为Cobalite 的粉末，其中含有质量含量为0.6％的纳米级的Y₂O₃。该粉末的费氏粒度为2.2μm，D₅₀为12μm。这种粉末经800℃、35MPa热压烧结就可以达到99.3％的致密度。但是，采用化学法制备纳米氧化物弥散强化粉末，存在原料成本高，能耗大，生成的废水、废气(如NO₂、NH₃等)需进一步处理等问题。与湿化学法相比，内氧化法制备纳米氧化铝弥散强化铜粉末的成本更低。然而，如中国专利ZL 201410132717.1所公开的，在基于内氧化法制备纳米氧化铝弥散强化铜粉末的过程中，为了保证内氧化能够充分进行，内氧化温度通常需要达到900-950℃。在这种高温条件下，粉末之间不可避免地会发生烧结。同时，Al的氧化是一个放热过程，这导致内氧化过程中粉末的实际温度会超过内氧化温度，并随着Al含量增加而增加。理论计算表明(LIANG S H,FANG L,XU L,et al.Effectof Al content on the properties and microstructure of Al₂O₃-Cu compositeprepared by internal oxidation[J].Journal of Composite Materials,2004,38:1495-1504.)，内氧化为950℃时，当粉末中的Al含量达到0.5wt％，内氧化的实际温度将达到Cu的熔点。这使粉末在内氧化过程中会产生非常严重的结块现象，给粉末的破碎带来很大困难。因此，通常情况下，基于内氧化法制备的纳米氧化铝弥散强化铜粉末粒径比较粗大，粒径≤45μm的细粉收得率不超过15％。

发明内容