多相氧化物颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

专利名称：：多相氧化物颗粒增强铜基复合材料及其制备方法多相氧化物颗粒增强铜基复合材料及其制备M駄领域本发明涉及一种多相氧化物颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，属于新型铜基电工合金。背景駄氧化物颗粒增强铜基复合材料主要有CuAlA、CuY2a、CuZrA、CuSi02、CuMgO、CuTi02等，其中最常用的是CuAlA，其不仅导电导热性好，还具，高的硬度、强度和软化温度等，在汽车、电子、电工、机电等领鹏用广泛。国夕卜对CuAl2a材料内氧化法制备的研究在20世纪50年代后SA实用阶段，70年代美国已成功地应用粉末内氧化法进行了工业化生产，如0MG公司生产的CA194和CA195弥散强化铜基复合材料，SCM公司生产的C15715和C15760铜基复合材料等，其软化温度为90(TC，电导率为80%90%IACS，抗拉强度达540MPa，己形成月产20吨的生产规模，其产品主要用作电阻焊电极、高强度电力线、灯丝弓战、电工触头、连铸机结晶器等，同时，也用于取代传娜铸法制备的CuCr系、CuCrZr系等电极材料。日本松下电器公司^的KLF-1、MF202弥散强化铜合金，德国SIEMENS公司、韩国LKENG公司生产的0^1203已具有相当的规模，并制定了相应的产品S7^示准。由于该类产品在国外仍被列为专利产品，生产工艺技术仍然保密，而CuAl合M末内氧化法仍是目前工业^氧化物颗粒增强铜基复合材料的主要方法。我国对氧化物颗粒增强铜基复合材料的研究起步较晚，20世纪70年f^开始正式立项，由洛阳铜加工厂和中南矿冶学院合作研制；到80年代末90年代中才有天津大学、哈尔滨工业大学、河北工业大学、沈阳工业大学、昆明冶金研究院等单位对该类材料的研究mm;至90年4球昆明贵金属研究所、北京有色金属研究总院等单位，采用快速凝固和冷等静压技术，相继开展了该类材料的研究和开发工作。但是，由于CuAlA组织均匀性差、致密度不高、制备工艺复杂、生产成本高等各种原因，国内有关单位仅仅M:了小规模的中试生产线，一直不能规模化生产；同时，CuAm材茅站力学性能、加工工艺及软化鹏等方面还不稳定，加工的成品率低，导致制作成本较高；因此，各项技术性能指*满有待于进一步改善和提高。目前，国内〗顿的大多数CuAlA材料仍然于进口，并且价格昂贵。目前，国内氧化铝颗粒增强铜基复合材料的帝恪方法主要有机械混粉法、化学共沉淀法、机械合金化法、粉末内氧化法、溶胶一繊法等制备合纖末，再通过压制成形、烧结、挤压、拉拔、轧制及机械加工等工艺技术，最终得至IJ产品所需要的微尺寸。由于国内材料和生产工艺存在着(1)氧化物颗粒粗大、增强相单一，材料的高温性能不稳定；(2)氧化物颗粒增强相形成困难，材料性能不稳定；(3)不能直接制备锭、板、體近成形构件，材料制备工艺技术复杂，产品质量难以控制，生产成糊高；(4)不能形^M模化生产等。导致CuAl2ft材料的制备7K平及综合性能与国夕卜相比存在着较大差距，规模^S用的CuAlA还繊于进口的局面。
发明内容本发明通过喷射成形、原位化学反应等先进加工技术集成，可实现短流程、近成形、强制均匀凝固制备CuAlALa203YA新型复合材料，一次性制备锭、板、构件，具有生产效率高，加工成本低，产品质量稳定辦点，产品在国内夕卜的技斜瞻靴势明显，具有国际市场竞争实力。本发明的铜基复合材料的化学成份重量百分比(wt%)为A1A:0.12.0，La203:0.12.0，0.12.0，縫为Cu。本发明铜基复合材料的制备方法为将Cu、Al、La、Y合金元素按合錢计成分比例配好，采用真空喷射成形技斜口设备，制备CuAlLaY合纖坯；MS制氧分压，对铜合^4行原位化学反应处理，制备成0^12031^2(^203系复合材料；再经过m、挤压、车L制、拉拔、热处理等加工工艺，制备成棒材、板材、片材、丝材、异型材劍虫头等微复杂的制品，实现均匀凝固、短流程、近成形加工。本发明的材料不仅具有高的导电导热性、热稳定性和热强性，而且具有耐磨、耐蚀、耐电弧烧损和抗熔焊等电撤虫性能，还具有比常规麟法和粉末冶金法離术制备的材料优异的3艘和加工性能，生产成本大幅度降低。材料可用于电力、电工、电子、机电、汽车等有关行业，如电力工程高压开关触子、大功率触头材料、集成电路散热板、大型高速涡轮发电机转子导线、替代银的电接触材料、电气开关触,领域。多相氧化物颗粒增强铜基复合材料在汽车、电力、电子、电工、机电、航空航天等有关行业获得鹏推广。喷射成形技术的优点在于把金属熔体的雾化与沉积凝固成形一次完成，可直接从液态金属强制均匀凝固制备具有快速凝固组织特征、整体致密、接近割牛实际微的高性能材料。喷射成形原位化学反应CuAlALaAY203第二相颗粒微细、均匀，分布于铜基体的晶内和晶界上，使材料的热稳定性和热强性明显改善。因此，本发明利用稀土氧化物颗粒容易形成、fi艘高、热稳定性好、与基体金属不相溶辦点，结合喷射成形、原位化学反应等材料先进制备加工技术的集成，稳定生产工艺，降低生产成本，实现了氧化物颗粒增强铜基复合材料的产业升级改造。具体实駄式本发明的铜基复合材料的化学成份M百分比(wt%)为A1A:0.12.0，LaA:0.12.0，Y203:0.12.0，賴为Cu。本发明的铜基复合材料的制备方法，其具体工艺步骤过程为(1)将纯度>99.9%的八1、La、Y、Cu元素按合金设计成分比例配好，采用真空喷射沉积设备,制备CuAlLaY合金的锭、板、，近成形构件。(2)控制氧分压，对CuAlLaY合，行原位化学反应处理，制备0^12031^203丫203系复合材料，原位反应温度为800。C1000。C。(3)将CuAl203La203Y203复合材料进行g、挤压、车L制、拉拔等加工，最终根据应用要求再加工成为棒材、板材、片材、丝材、异型材鄉虫头等微的制品。麟挤压鹏为700°C900。C，车L制、拉形量为30%50%，热处理離为600。C800。C。CuAl2aLa203YA系列复合材料的物理、力学性能如表1所示。CuAlALaAYA系列复合材料的导热性能及高温性能指标如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种多相氧化物颗粒增强铜基复合材料，其特征在于这种材料的化学成份重量百分比(wt％)为Al2O30.1～2.0，La2O30.1～2.0，Y2O30.1～2.0，余量为Cu。2、权利要求1中的多相氧化物颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于这种方法的具体过程为(1)将纯度>99.9%的Al、La、Y、Cu元素按合金设计成分比例配好，采用真空喷射沉积设备，制备CuAlLaY合金的锭、板、轮等近成形构件，(2)控制氧分压，对CuAlLaY合金进行原位化学反应处理，制备0^2031^203￥203系复合材料，原位反应温度为800。C1000。C,(3)将CuAl203La203Y203复合材料进行锻造、挤压、车L制、拉拔等加工，最终根据应用要求再加工成为棒材、板材、片材、丝材、异型材或触头等形状的制品。锻造挤压鹏为700。C900。C,车L制、拉拔变形量为30%50%，热处理鹏为600。C800。C。全文摘要本发明公开了一种多相氧化物颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，其成分重量百分比为Al₂O₃0.1～2.0，La₂O₃0.1～2.0，Y₂O₃0.1～2.0，余量为Cu。其制备方法为将Cu、Al、La、Y合金元素按合金设计成分比例配好，采用真空喷射成形技术和设备，制备CuAlLaY合金锭坯；通过控制氧分压，对铜合金进行原位化学反应处理，制备成CuAl₂O₃La₂O₃Y₂O₃系复合材料；再经过锻造、挤压、轧制、拉拔、热处理等加工工艺，制备成棒材、板材、片材、丝材、异型材或触头等形状复杂的制品，实现均匀凝固、短流程、近成形加工；新材料不仅具有高的导电导热性、热稳定性和热强性，而且具有耐磨、耐蚀、耐电弧烧损和抗熔焊等电接触性能，还具有比常规熔铸法和粉末冶金法等技术制备的材料优异的强度和加工性能，生产成本大幅度降低。文档编号C22C9/00GK101168806SQ20071006639公开日2008年4月30日申请日期2007年11月22日优先权日2007年11月22日发明者史庆南,尹长青,张健康,张春荣,曾荣川,李方中,李汝明,杨有才,段云喜,符世继,舒佰坡,明谢,黎玉盛申请人:昆明贵金属研究所;昆明理工大学