一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅，主要用于電阻焊電極頭、電極帽、電焊輪、電極臂、切割及氣保焊用的導(dǎo)電咀、真空開關(guān)、電氣接插件、觸頭、電工、電子及通訊汽車、家電及容器制造、模具等，是一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高耐磨和高耐腐蝕的金屬材料。納米顆粒表面修飾后，直接添加至銅基體中，經(jīng)過攪拌使其分布均勻，再通過冷加工和熱加工制備成彌散強(qiáng)化銅成品，具有高強(qiáng)、高導(dǎo)、高耐腐蝕的特性。
【背景技術(shù)】
[0002]彌散強(qiáng)化銅合金，又稱氧化鋁銅(Cu-Al2O3),是一種優(yōu)異的高強(qiáng)、高導(dǎo)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、高硬度、高導(dǎo)電率及高軟化溫度等特性。特點(diǎn)如下:組織穩(wěn)定，無相變。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高。常溫硬度高，隨著溫度升高，硬度下降幅度小，高溫抗蠕變性能好。熱、電傳導(dǎo)率高。加工性能優(yōu)良。軟化溫度高達(dá)930，°C導(dǎo)電率高達(dá)85% IACS，散熱性能介于鎢銅(220W/m.k)以及純銅(390W/m.k)之間。硬度超過HRB 84，強(qiáng)度高，疲勞性能和耐磨性能好。
[0003]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。國內(nèi)外許多研宄者和企業(yè)進(jìn)行了納米粒子Al2O3改性銅的研宄。Motta M.S.等通過粉末原位還原法，已制得平均尺寸達(dá)1nm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SCM公司穩(wěn)定了內(nèi)氧化法的工藝參數(shù)，率先產(chǎn)業(yè)化制備了彌散強(qiáng)化銅，含Al2O30.2%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Al2O3L 2%的銅合金，導(dǎo)電率達(dá)80% IACSjI^性模量為140GPa，室溫強(qiáng)度為620MPa。
[0004]目前已有的材料及制備技術(shù)中，存在的主要問題是:內(nèi)氧化方法復(fù)雜、成本高、危險(xiǎn)性較大，其它方法不能大規(guī)格生產(chǎn)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料。因此，需要開發(fā)一種低成本、制備大規(guī)格產(chǎn)品、易工業(yè)化生產(chǎn)的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅，經(jīng)過冷熱加工，應(yīng)用于電阻焊電極、電氣接插件、觸頭、電工、汽車等行業(yè)。制備時(shí)，將納米氧化鋁表面修飾后，使其不易團(tuán)聚，又與銅熔體具有較好的潤(rùn)濕性，施加攪拌技術(shù)使銅熔體與納米粒子充分融合，納米粒子在熔體中均勻分布。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅，包括銅和納米Al2O3和雜質(zhì)元素；各成分比例為:銅99.6-99.2wt.% ;納米Α1203:0.1-1.5wt.% ;雜質(zhì)元素低于0.06wt.%，成份包括鐵、鉛、硼，鐵< 0.01界1:%，鉛< 0.01界1:%，硼< 0.008wt%，雜質(zhì)元素。本合金中，添加了納米Al2O3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)又不明顯降低合金的導(dǎo)電性能。
[0008]本發(fā)明制備彌散強(qiáng)化銅的方法是:首先對(duì)納米氧化鋁表面修飾，用硅烷偶聯(lián)劑使其在乙醇中分散，放入行星球磨機(jī)中研磨，完成表面改性。將表面修飾的納米氧化鋁包裝于銅管中。按上述的成份配制，先把銅板加入熔煉中至1180?1200°C，表層覆蓋一層厚度2mm以上木炭粉，然后以分散加料方式在熔煉爐中加入包裝好的納米Al2O3，攪拌后靜置30分鐘，倒入水平連鑄保溫爐，在1150°C溫度下鑄造成鑄坯。冷加后制得板管型坯，精加工至成品尺寸。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]通過表面修飾的納米氧化鋁，能直接加入至銅熔體中，通過攪拌使納米氧化鋁分布均勻，力學(xué)性能提高，高溫硬度基本不變。采用攪拌耦合表面修飾納米氧化鋁的技術(shù)，納米粒子分布均勾，鑄還的性能穩(wěn)定，無夾雜，成本低，適用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011]圖1(a)是0.15wt%納米粒子的掃描電鏡圖。
[0012]圖1(b)是0.35%納米粒子的掃描電鏡圖。
[0013]圖2是0.35%納米Al2O3能譜檢測(cè)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0015]實(shí)施例1
[0016]本發(fā)明實(shí)施例中納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅的工藝流程如下:對(duì)納米氧化鋁表面修飾，用硅烷偶聯(lián)劑KH570使其在乙醇中分散40分鐘，放入行星球磨機(jī)中研磨3小時(shí)，完成表面改性。將表面修飾的納米氧化鋁包裝于銅管中，含量為熔體總重的0.15wt%，按上述的成份配制，先把銅板加入熔煉中至1180?1200°C，表層覆蓋一層厚度2mm以上木炭粉，然后以分散加料方式在熔煉爐中加入包裝好的納米Al2O3，攪拌后靜置30分鐘，倒入水平連鑄保溫爐，在1150 °C溫度下鑄造成鑄坯，鑄坯導(dǎo)電率91% IACS，氧含量340.4ppm，硬度55.08HV1。經(jīng)過72.16%軋制變形，得到4mm板坯，抗拉強(qiáng)度486.92MPa，導(dǎo)電率為89%IACS,具有高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料的特點(diǎn)。
[0017]實(shí)施例2
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅的工藝流程如下:對(duì)納米氧化鋁表面修飾，用硅烷偶聯(lián)劑KH570使其在乙醇中分散30分鐘，放入行星球磨機(jī)中研磨3.5小時(shí)，完成表面改性。將表面修飾的納米氧化鋁包裝于銅管中。含量為熔體總重的0.35wt%,按上述的成份配制，先把銅板加入熔煉中至1180?1200°C，表層覆蓋一層厚度2mm以上木炭粉，然后以分散加料方式在熔煉爐中加入包裝好的納米Al2O3，攪拌后靜置30分鐘，倒入立式保溫爐中，在1150°C溫度下鑄造成鑄坯，鑄坯導(dǎo)電率88% IACS，氧含量290ppm。經(jīng)過軋制變形，得到3.5mm板坯，抗拉強(qiáng)度545MPa，導(dǎo)電率為86% IACS，具有高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料的特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅，其特征在于，包括銅和納米Al 203和雜質(zhì)元素；各成分比例為:銅99.6-99.2wt.% ;納米Α1203:0.1-1.5wt.% ;雜質(zhì)元素低于0.06wt.%，其成份包括鐵、鉛和硼，鐵彡0.01wt%，鉛彡0.01wt%，硼彡0.008wt%o
2.一種制備納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅的方法，其特征在于以下步驟: (1)首先對(duì)納米氧化鋁表面修飾，用硅烷偶聯(lián)劑使其在乙醇中分散，放入行星球磨機(jī)中研磨，完成表面改性。將表面修飾的納米氧化鋁包裝于銅管中。 (2)按如下成份配制:包括銅和納米Al2O3和雜質(zhì)元素；各成分比例為:銅.99.6-99.2wt.% ;納米Al2O3 0.1-1.5wt.% ;雜質(zhì)元素低于0.06wt.%，其成份包括鐵、鉛和硼，鐵< 0.01wt%,鉛< 0.01wt%,硼 < 0.008wt% ； (3)先把銅板加入熔煉中至1180?1200°C，表層覆蓋一層厚度2mm以上木炭粉，然后以分散加料方式在熔煉爐中加入包裝于銅管中的納米Al2O3，靜置30分鐘，在1150°C溫度下，采用攪拌法鑄造成鑄坯。經(jīng)過冷熱變形，得到成品管棒型材。
【專利摘要】一種納米顆粒攪拌法制備彌散強(qiáng)化銅，所述的納米成分為Al2O3，通過表面修飾后，在攪拌作用下直接加入銅基體中，且能分布均勻。制備方法是對(duì)納米氧化鋁表面修飾，然后將納米氧化鋁包裝于銅管中。按上述的成份配制，先把銅板加入熔煉中至1180～1200℃，表層覆蓋一層厚度2mm以上木炭粉，然后以分散加料方式在熔煉爐中加入包裝好的納米Al2O3，攪拌后靜置30分鐘，倒入水平連鑄保溫爐，在1150℃溫度下鑄造成鑄坯。經(jīng)過冷熱變形，得到成品管棒型材，具有高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料的特點(diǎn)。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過表面修飾的納米氧化鋁，能直接加入至銅熔體中，采用攪拌耦合表面修飾納米氧化鋁的技術(shù)，納米粒子分布均勻，鑄坯的性能穩(wěn)定，無夾雜，成本低，適用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。成品具有高強(qiáng)高導(dǎo)的特點(diǎn)。
【IPC分類】C22C1-02, C22C9-00
【公開號(hào)】CN104532051
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410705321
【發(fā)明人】付亞波, 華英芳, 張平, 霍顔秋, 張夢(mèng)賢
【申請(qǐng)人】付亞波, 臺(tái)州學(xué)院
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月28日