本發(fā)明涉及一種制備彌散強(qiáng)化銅的新配方及其制造方法，通過添加稀土鑭可同時(shí)提高材料的強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐蝕性，屬于新材料開發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

彌散強(qiáng)化銅又稱氧化鋁銅(Cu-Al₂O₃)合金，因具有優(yōu)異的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率，廣泛用于電氣工程開關(guān)觸橋、連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)襯、集成電路引線框架、大功率異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、電氣化鐵路接觸導(dǎo)線(電車線)、熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)偏濾器垂直靶散熱片、高脈沖磁場(chǎng)導(dǎo)體材料等，并且在這些領(lǐng)域有著其它材料不可替代的優(yōu)勢(shì),比鉻鋯銅材料具有更優(yōu)秀的高強(qiáng)高導(dǎo)及高溫穩(wěn)定性，是重要的新型備選材料。

由于納米級(jí)Al₂O₃對(duì)基體銅的彌散強(qiáng)化作用，該合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率及高溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)。常見的制備方法包括機(jī)械混合法、共沉淀法、內(nèi)氧化法等。國(guó)內(nèi)外許多研究者和企業(yè)進(jìn)行了納米粒子Al₂O₃改性銅的研究。Motta M.S.等通過粉末原位還原法，已制得平均尺寸達(dá)10nm的Al₂O₃彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料，TEM形貌表明銅晶粒周圍被彌散分布的納米粒子Al₂O₃包圍。Kexing Song等通過內(nèi)氧化法，制備了在銅基體中分布著10-30nm Al₂O₃顆粒的彌散強(qiáng)化銅，納米粒子Al₂O₃均勻分布，材料改性效果較好。美國(guó)SCM公司穩(wěn)定了內(nèi)氧化法的工藝參數(shù)，率先工業(yè)化制備了彌散強(qiáng)化銅，含Al₂O₃ 0.2％的銅合金，導(dǎo)電率達(dá)90％IACS，彈性模量為108GPa，室溫強(qiáng)度為500MPa。含Al₂O₃ 1.2％的銅合金，導(dǎo)電率達(dá)80％IACS，彈性模量為140GPa，室溫強(qiáng)度為620MPa。

授權(quán)專利《一種耐脫鋅腐蝕的環(huán)保納米黃銅合金及其制備方法》，專利號(hào)為ZL 2013 1 0432275.8，是將納米氧化鋁加入黃銅，采用鑄造方法生產(chǎn)高耐蝕黃銅，不涉及彌散強(qiáng)化銅的生產(chǎn)。其它添加稀土元素的方法不能同時(shí)強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐蝕性。

目前已有的材料及制備技術(shù)中，存在的主要問題是：內(nèi)氧化法工藝復(fù)雜、成本高、危險(xiǎn)性較大，產(chǎn)品性能也不穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)還不能穩(wěn)定生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。其它添加稀土元素的方法，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，導(dǎo)電率卻下降。因此，需要開發(fā)一種同時(shí)提高強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐蝕性的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種制備強(qiáng)化銅的新配方與新方法，通過添加一定比例的新元素稀土鑭，與納米顆粒Al₂O₃按一定比例混合，形成一種穩(wěn)定的新相，經(jīng)過行星球磨、高溫?zé)Y(jié)和冷熱加工制成的成品，能同時(shí)提高強(qiáng)化銅的強(qiáng)度、導(dǎo)電率、耐蝕性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種添加稀土鑭的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的彌散強(qiáng)化銅，所述的彌散強(qiáng)化銅包括銅粉、納米Al₂O₃、稀土鑭和雜質(zhì)元素，各成分的質(zhì)量百分比(wt.％)為：銅為98.16-98.96，納米Al₂O₃為0.5-0.9，稀土鑭為0.5-0.9，其余為雜質(zhì)元素；所述的雜質(zhì)元素包括鐵、氧化鉻，鐵、氧化鉻的質(zhì)量百分比(wt.％)為：鐵≤0.01，氧化鋯≤0.02，雜質(zhì)元素低于0.04wt.％。

上述的比例是大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。本合金中，添加了一定比例的納米Al₂O₃和稀土鑭做為彌散強(qiáng)化相，具有熔點(diǎn)高、高溫穩(wěn)定性能好、硬度高，能以微納米級(jí)尺分布于銅基體中，在接近銅基體熔點(diǎn)的高溫下也不會(huì)溶解或粗化，因此，可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑移，提高室溫和高溫強(qiáng)度，同時(shí)導(dǎo)電率也會(huì)提高。

上述彌散強(qiáng)化銅的制備方法，按一定比例配好稀土鑭與納米氧化鋁，經(jīng)過行星球磨工藝使三者均勻混合，使其形成一種穩(wěn)定的新相，鑲嵌到銅粉里面，通過高溫和一定壓力下燒結(jié)，可形成致密的坯料；通過熱加工和冷加工制備成彌散強(qiáng)化銅成品，具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、高耐蝕性和高耐磨性。具體包括以下步驟：

1)稀土鑭和納米Al₂O₃按比例混合后，與銅粉一起放入行星球磨機(jī)中研磨4-8小時(shí)后獲得成分均勻的混合粉；所述的行星球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為180-220轉(zhuǎn)/分鐘，球料比為5：1。

2)將步驟1)得到的混合粉在高溫830-890℃、30-40MPa的條件下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到高溫?zé)Y(jié)坯料；對(duì)高溫?zé)Y(jié)坯料進(jìn)行熱加工并淬火，得到管棒坯材，使管棒坯材的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率同時(shí)提高，室溫條件下耐鹽酸腐蝕性能明顯提高；最后管棒坯材經(jīng)過冷變形或熱變形得到成品管棒型材，即得到高強(qiáng)高導(dǎo)的彌散強(qiáng)化銅。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過一定比例的稀土鑭與納米氧化鋁反應(yīng)形成一種新相，通過高溫?zé)Y(jié)獲得的坯料成分均勻、性能穩(wěn)定，能使強(qiáng)化銅的強(qiáng)度、導(dǎo)電率同時(shí)提高，而耐腐蝕性能大幅度提高，可獲得高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、高耐蝕性的強(qiáng)化銅，添加0.65％鑭的氧化鋁銅與美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，強(qiáng)度提高了1.61％，導(dǎo)電率提高了1.35％。與其它比例混合的粉末相比，具有同時(shí)提高強(qiáng)度和導(dǎo)電率的作用。耐腐蝕性能的提高更加明顯，美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，室溫條件下在20％鹽酸溶液中浸泡3小時(shí)，腐蝕率降低幅度高達(dá)76.16％。是制備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、高耐蝕性彌散強(qiáng)化銅的較好方法。

附圖說明

圖1為燒結(jié)后氧化鋁與鑭的形貌圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本發(fā)明實(shí)施例中添加稀土鑭的彌散強(qiáng)化銅及其制備方法的工藝流程如下：成分設(shè)計(jì)，包括銅粉、納米Al₂O₃和稀土鑭，各成分比例為：銅98.66wt.％，納米Al₂O₃：0.65wt.％，稀土鑭：0.65wt.％，雜質(zhì)元素的成份包括鐵、氧化鉻等，鐵≤0.01wt％，氧化鋯≤0.02wt％，雜質(zhì)元素低于0.04wt.％。

稀土鑭、納米氧化鋁按上述比例混合，稀土鑭顆粒尺寸為1mm左右，與銅粉一起放入行星球磨機(jī)中研磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘，球料比5：1。獲得成分均勻的混合粉后，用等離子體設(shè)備在壓強(qiáng)30MPa且870℃高溫?zé)Y(jié)，得到高溫?zé)Y(jié)坯料，把坯料加熱至600℃熱擠壓，隨后立即淬火，得到直徑10mm的棒坯，抗拉強(qiáng)度630MPa，導(dǎo)電率為81.08％IACS。與美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，強(qiáng)度提高了1.61％，導(dǎo)電率提高了1.35％，抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率均同時(shí)提高。更重要的特征是耐腐蝕性能明顯提高，與美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，室溫條件下在20％鹽酸溶液中浸泡3小時(shí)，腐蝕率降低幅度高達(dá)76.16％。圖1為燒結(jié)后氧化鋁與鑭的形貌圖，圖中鑭、氧化鋁以100納米左右尺寸結(jié)合在一起，環(huán)繞在銅顆粒周圍，是強(qiáng)度、導(dǎo)電率與耐蝕性同時(shí)提高的主要原因。

實(shí)施例2

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本發(fā)明實(shí)施例中添加稀土鑭的彌散強(qiáng)化銅及其制備方法的工藝流程如下：成分設(shè)計(jì)，包括銅粉、納米Al₂O₃和稀土鑭，各成分比例為：銅98.56wt.％，納米Al₂O₃：0.70wt.％，稀土鑭：0.70wt.％，雜質(zhì)元素的成份包括鐵、氧化鉻等，鐵≤0.01wt％，氧化鋯≤0.02wt％，雜質(zhì)元素低于0.04wt.％。

稀土鑭、納米氧化鋁按上述比例混合，稀土鑭顆粒尺寸為1mm左右，與銅粉一起放入行星球磨機(jī)中研磨5.5小時(shí)，轉(zhuǎn)速190轉(zhuǎn)/分鐘，球料比5：1。獲得成分均勻的混合粉后，用等離子體設(shè)備在壓強(qiáng)30MPa且860℃高溫?zé)Y(jié)，得到高溫?zé)Y(jié)坯料，把坯料加熱至550℃熱擠壓，隨后立即淬火，得到直徑10mm的棒坯，抗拉強(qiáng)度640MPa，導(dǎo)電率為79.88％IACS。與美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，強(qiáng)度提高了3.22％，導(dǎo)電率降低幅度很小只有0.15％。更重要的特征是耐腐蝕性能明顯提高，與美國(guó)SCM公司制造且不添加鑭的1.2％Al₂O₃強(qiáng)化銅相比，室溫條件下在20％鹽酸溶液中浸泡3小時(shí)，腐蝕率降低幅度高達(dá)76.16％。圖1為燒結(jié)后氧化鋁與鑭的形貌圖，圖中鑭、氧化鋁以100納米左右尺寸結(jié)合在一起，環(huán)繞在銅顆粒周圍，是強(qiáng)度、導(dǎo)電率與耐蝕性同時(shí)提高的主要原因。