一种高铝弥散铜合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及金属基复合材料，特别涉及一种高铝弥散铜合金材料制备方法。

背景技术：

1、氧化铝弥散铜合金具有高强度、高硬度、高导电率及高软化温度等优越的高温性能，在轨道交通、航空航天、汽车等领域具有广阔的市场应用前景。

2、当前国内外对高性能氧化铝弥散铜合金的制备工艺进行过许多研究，以期获得性能优异的弥散铜合金。在欧美等地，内氧化法制备的氧化铝弥散铜合金已形成电极材料产业链，其中美国的scm公司采用内氧化法生产的c15715、c15740和c15760等牌号的氧化铝弥散铜合金已具有日产20t的生产规模。国内的广州有色、中铝洛铜、中船重工等企业生产的氧化铝弥散铜合金产品均集中在低铝弥散铜合金。

3、但新能源电池、铝合金、高强钢、镀锌板、镀镍板等材料的焊接，点焊质量要求高、点焊本身难度较大，并且其他应用场景需求均对材料的硬度、强度、耐磨性等性能提出了更高的要求。因此，当前需要性能更优的高铝弥散铜合金产品。

4、通常，高铝弥散铜内氧化时铝的逆扩散趋势增大，致使材料内部形成连续的内氧化物膜，阻碍内氧化的进一步发生，导致内氧化进行不彻底。并且，由于溶质元素浓度较高，内氧化过程中a12o3颗粒易于长大，抑制了强化效果，影响材料硬度、导电率等性能，使得高铝弥散铜合金材料的应用受到限制。

5、因此，当前亟需一种高强硬度，高耐磨性能，高导电率和高延伸率的高铝弥散铜合金材料，以使高铝弥散铜合金材料能够满足更广阔的市场应用需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种高强硬度，高耐磨性能，高导电率和高延伸率的高铝弥散铜合金材料及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高铝弥散铜合金材料，以质量百分比计，包括al 0.4-2.0wt％，还原性低于铝的金属0.1-2.0wt％，含氧量＜0.3wt％，余量为cu及不可避免杂质。

3、进一步地，所述还原性低于铝的金属为ti、ag、ni、sn、cr、zr和zn中的一种或几种。

4、本发明还提供了一种高铝弥散铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：

5、将铜、铝及还原性低于铝的金属混合熔炼，熔炼后水雾化法制得含al0.4-2.0wt％、含还原性低于铝的金属0.1-2.0wt％、含氧量小于0.3wt％、余量为cu及不可避免杂质的铜合金粉体；

6、将铜合金粉体与氧化剂混匀后冷等静压压制得铜合金初坯；

7、将铜合金初坯包套密封，抽真空后热等静压压制得高铝弥散铜合金坯锭；

8、高铝弥散铜合金坯锭解包套后在氢气气氛中还原；

9、将还原后的高铝弥散铜合金坯锭热挤压得掺杂微量元素的高铝弥散铜合金材料；

10、其中，所述还原性低于铝的金属为ti、ag、ni、sn、cr、zr和zn中的一种或几种。

11、进一步地，所述熔炼时的熔炼温度1100℃-1250℃，所述铜合金粉体的粒度小于60目。

12、进一步地，所述氧化剂为cu2o粉末，cu2o粉末粒度小于500目。

13、进一步地，所述冷等静压压制采用聚氨酯模具，冷等静压压力为150-300mpa。

14、进一步地，所述铜合金初坯包套密封后抽真空时的温度为500℃

15、-600℃，时间≥10h，真空度小于5×10-3pa。

16、进一步地，所述热等静压压力为30-200mpa，热等静压温度为500℃-1000℃，热等静压时间为1-8h。

17、进一步地，所述在氢气气氛中还原温度为50～900℃，还原时间为1-16h。

18、进一步地，所述热挤压时的挤压温度为700-950℃，挤压比为10-50。

19、本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料，在铜中掺杂一定量的铝元素形成氧化铝弥散铜，同时在铜中掺杂微量还原性低于铝的金属元素，微量金属元素在铜中以单质分布在铜基体中，可以提高金属铜陶瓷界面脱粘功，降低界面能，抑制氧化铝弥散相在金属陶瓷界面处的偏聚长大来改善材料性能。

20、并且，本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料，添加的微量金属元素合金化后可以细化晶粒，通过细晶强化，提高材料性能。

21、同时，本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料，还通过控制高铝弥散铜合金材料中的微量金属元素和氧化铝的含量来调控材料的性能，从而得到符合更广阔市场应用需求的高强硬度，高耐磨性能，高导电率和高延伸率的高铝弥散弥散铜合金材料。

22、另外，本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料的制备方法，通过在熔炼过程中添加一定质量百分比的铝元素和还原性低于铝的微量金属元素，使得微量金属元素能够均匀分布在铜基体中，然后通过水雾化法得到铝和掺杂微量还原性低于铝的金属元素均匀分布的铜合金粉体。再通过热等静压工艺，使烧结和内氧化同步进行，原位生成氧化铝增强相，使得氧化铝增强相和铜基体界面良好结合，且使掺杂的还原性低于铝的金属元素均匀分布在高铝弥散铜合金中。同时，在氧化铝生成的过程中加压，使得在铜合金粉体中的氧化铝表面集中析出的氧化铝层破碎，防止氧化铝层形成后使得烧结性能恶化，有利于铜合金粉体中气体的排出，可以大大提高热等静压压制得到的高铝弥散铜合金坯锭的致密性。最后通过氢气还原，去除坯锭中的多余氧源后再采用热挤压的方式对坯锭进行致密化处理，同时拉长晶粒，可以有效避免在高温内氧化过程中沿晶界形成连续或粗大分布的氧化铝粒子所导致的合金强塑性显著恶化的问题，从而显著提高了合金的综合性能。

23、本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料的制备方法，最终制得的高铝弥散铜合金材料，密度≥8.75g/cm3，硬度≥70hrb，导电率≥70％iacs，抗拉强度≥400mpa，延伸率≥10％，软化温度≥900℃，其性能完全能满足更广阔的市场应用的需求。

技术特征：

1.一种高铝弥散铜合金材料，其特征在于，以质量百分比计，包括al 0.4-2.0wt％，还原性低于铝的金属0.1-2.0wt％，含氧量＜0.3wt％，余量为cu及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的高铝弥散铜合金材料，其特征在于：所述还原性低于铝的金属为ti、ag、ni、sn、cr、zr和zn中的一种或几种。

3.一种高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述熔炼时的熔炼温度1100℃-1250℃，所述铜合金粉体的粒度小于60目。

5.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为cu2o粉末，cu2o粉末粒度小于500目。

6.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述冷等静压压制采用聚氨酯模具，冷等静压压力为150-300mpa。

7.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述铜合金初坯包套密封后抽真空时的温度为500℃-600℃，时间≥10h，真空度小于5×10-3pa。

8.根据权利要求7所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述热等静压压力为30-200mpa，热等静压温度为500℃-1000℃，热等静压时间为1-8h。

9.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述在氢气气氛中还原温度为50～900℃，还原时间为1-16h。

10.根据权利要求3所述的高铝弥散铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述热挤压时的挤压温度为700-950℃，挤压比为10-50。

技术总结
本发明提供了一种高铝弥散铜合金材料，以质量百分比计，包括Al0.4‑2.0wt％，还原性低于铝的金属0.1‑2.0wt％，含氧量＜0.3wt％，余量为Cu及不可避免杂质。本发明提供了一种高铝弥散铜合金材料的制备方法。本发明提供的一种高铝弥散铜合金材料的制备方法，制得的高铝弥散铜合金材料具有高强硬度、高耐磨性能、高导电率及高延伸率的优良性能。

技术研发人员：贺怡青,傅清波,杨扬,陆兴茂,刘卫平,李文伟,周正华,柳承辉
受保护的技术使用者：株洲冶炼集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5