专利名称：整体弥散铜制备用稀土铜合金材料的制备工艺方法
技术领域：
本发明属于合金材料技术领域，主要涉及的是一种整体弥散铜制备用稀土
铜铝合金材料的制备工艺方法。禾u用其制备的弥散铜材料可用于大功率电真空 管、微电子器件管脚、集成电路弓l线框架、微波通信、电力输送等领域，在国 防工业和电子信息产业具有广泛应用。
背景技术：
高强度高导电铜基复合材料是一类具有优良综合性能的新型功能材料，既 具有优良的导电性，又具有高的强度和 的高温性能。随着电子工业的发展，
尤其^Jl世纪70年代末美国SCM公司开发了 Glidcop系列A1203弥散强化Cu 复合材料以后，高3驢高导电铜基复合材料在美国、日本等发达国家开发研究 异常活跃，并已进入实用化阶段。而我国对这类材料的研究起步较晚，到上世 纪80年代末90年代初进行了这类材料的研究，但尚未m规模化实用化阶段。
纯铜和现有牌号的铜合金材料的导电性、强度及高温性能往往难以兼顾， 不能全面满足航空、航天、微电子等高技术迅速发m其综合性能的要求，如 大规模集成电路用弓践框架材料。按微电子技术发展所需指标抗拉强度WOO MPa，电导验80。/。IACS，抗高温软化^it^800 K。弥散铜是一禾中具有高导电、 高强度、高抗软化温度的优良电子结构功能材料，广泛应用于大功率电真空管、 微电子器件管脚、集成电路弓战框架、微波通信、电力输送等领域，在国防工 业和电子信息产业具有广泛应用。
传统弥散铜的制造技术多采用粉末冶金法，其中以粉末内氧化粉末冶金法 应用最为广泛，其常用技术流程为合金熔炼—制粉—内氧化—还原—压制— 烧结—热加工—冷加工。由于这种制造技术工艺流程复杂，造成材料质量控制 困难，成本非常高，极大地限制了其推广应用。我国市场上的弥散铜大多为美 国、日本公司产品，国产规模非常小，难以满足国防和社会发展需求。
弥散强化Al203-Cu复合材料，不仅强度高，导电性和纯铜相近，而且还具 有良好的抗电弧侵蚀、抗电磨损能力及较高的常温强度和高温强度，是一种具 有广阔应用前景的新型结构与功能材料。随着电子工业的发展，对这类高纯度、
高导电复合、材料的需求 越大。目前国外己将Al203-Cu复合材料应用于以
下几个方面(1)代替Ag基触点材料；(2)作为导电弹性材料及计^M CPU
引线框架材料；(3)用于军用大功率微波管结构及高导电点焊电极材料。
弥散强化铜的发展主要是制备技术的发展。弥散强化铜制备技术的关键是 如何获得超细强化微粒均匀分布在高导电的纯铜基体之上，以获得高弥散强化 效果的高导电铜基复合材料。其制备技术主要发展经历了传统的粉末冶金法、
改进的粉末冶金法和其它制备新技术
1、 传统粉末冶金法
Al203/Cu复合材料制品的性能与A1203的大小、数鼓分布关系密切，传 统的粉末冶金法的粉体制备技术为机械混合法，它是把一定比例的Cu粉与 Al203增强颗粒粉末混合均匀，压制成型后再烧结成烧结体预制件。这种传统方 法工艺成熟，但制品性能，尤其是强度和导电率偏低。这与^203粉末的粒径较 大(微米量级)，弥散强化效果较低有关。
2、 改进的粉末冶金法
改进的粉末冶金法与传统粉末冶金法的最大区别在于粉体制备技术的改 进，主要有机械合金化法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和原位还原法等。
3、 弥散强化铜制备新技术
近年来涌现出许多弥散强化铜制备新技术，如反应喷身t沉积、复合电沉积、 真空混賴造和XD纟縛，其主要目的在于保劍专统弥散强化铜制品性能的基 础上降低弥散强化铜的生产成本，以促进弥散强化铜的推广应用。
弥散强化材料的强度不仅取决于基体和弥散相的本性、而且决定于弥散相 的含量、粒度和分布、形态以及弥散相与基体的结合瞎况，同时也与制备工艺 (例如加工方式，加工条件)有关。
发明内容
本发明主要针对国防工业和电子信息产业、微电子行业小尺寸弥散铜制造 的需要而提出，即提出一种整体弥散铜制备用稀土铜合金材料的制备工艺方法， 使该材料制备的弥散铜具有高强度、高导电性、高抗软化温度的特点，并使该 制备方法具有内氧化时间短、成本低、效率高的优点。
本发明采用以下技术方案完成其发明任务所提出的稀土铜合金材料主要 包含有Cu、 A1和稀土添加剂RE;其中各成分的含量是Al， 0.10wt%~1.00wt%;RE， 0.05wt%"-O.50wt%，余量为Cu;所述稀土 RE是指Y或Ce或混合稀土元 素(C&Y);戶腿混合稀土元素(Ce+Y)采用纯稀土称重进行混合，其配比为-wt%Ce : wt%Y=l : 1。
上述铜合金材料中Al主要是为内氧化获得稳定的A1203，以对铜基体进行 第二相弥散强化作用，其含量为0.10wt°/(r4.00wt%。 Al含量低于0.10wtM则使 弥散强化效果减弱，而Al含量高于1.00wt。/。则大大延长内氧化时间，从而显著 降低合金的导电性；稀土元素Ce、 Y的加入主要是为了舰内氧tt^程，起到 催渗作用，同时对提高合金的纟驢有较为显著的作用。稀土元素Ce和Y可以 分别m^虫添加，也可以混合添加，效果相似。研究表明其加入量应控帝赃0.50wt% 以下效果最好。
本发明稀土铜合金材料的制备工艺包括合金的熔炼、合金的热加工、合金 的固溶、固溶后冷加工变形；其中，合金的固溶处理驢为90(K950 °C，保温 24h后水淬；(850~950 ) "CX4h 8h进行热挤压或热轧加工。
本发明制备工艺方法中，采用中频感应炉进行熔炼，可以采用真空、惰性 气体保护或传统大，炼方式。采用真空和惰性气体保护方式可以减少合金元 素的烧损，特别是稀土元素的烧损。采用传统大气熔炼方式时要适当提高合金 元素烧损补偿率。合金的热加工是指对合金^I^S行热挤压、热轧加工，以消 除分散縮孔、疏松、枝晶偏析等铸造缺陷，细化晶粒，提高合金的致密度，改 善组织和成分均匀性，其加热温度为85(K95(TC，并保温4-8h进行热挤压或热 轧加工。适当的^it进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。提高固溶 》驢，延长保温时间，虽然可使合金元素在Cu基体中固溶度增加，3驢提高， 但固溶温度过高，保温时间过长，将造成合金晶粒粗化，反而降低合金的强度 和塑性，造成后续的冷变形或fOT过程中产生裂纹。若固溶，过低，则合金 元素在合金中的固溶M:少，且成分均匀性差，在随后的时效过程中还容易产 生不连续的脱溶，从而大大降低合金的时效强化效果。选择固溶温度以合金不 产生晶粒粗大为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合 金内偏析，必须选择适当的固溶旨。MX艺研究确定900^950 °C、保温2~4 h确定为Cu-Al-RE合金最佳的固溶处理温度范围。
本发明主要用于小尺寸弥散铜的制备，所述小尺寸是指直径或有效厚度不 大于6 mm。将经固溶处理的合金，进行不同变形量的车L制冷，或冷拉拔，，
经冷变形后合金中位错等晶体缺陷密度大大提高，可以显著降低内氧化初期氧 的扩散激活能，促进内氧化进程。
采用本发明材料制备的弥散铜不仅具有高强度、高导电性、高抗软化M 的特点，而且具有内氧化时间短、成本低、效率高的优点。
具体实施例方式
本发明给出以下实施例，但不构成对本发明的任何限制 实施例l
本实施例铜合金材料主要包含有Cu、 A1和稀土添加剂Y，其中各成分的含 量是Al， 0.45wt%; Y， 0.05wt%;余量为Cu。 制备上述铜合金材料的工艺包括
(D^金的熔炼；離金的热加工；船金的固溶；④固溶后冷加工变形。
其中合金的熔炼为真空中频感应熔炼工艺，即所述合金的熔炼在ZG-0.2 型200kg真空中频感应熔炼炉中熔炼而成(用石墨坩埚)。先将高纯阴极铜(纯 度99.95%) j^f七后，而后升温精炼10射中，加入Al保m炼。在Ar气的保 护下，加入Y,进行充分搅拌后浇铸，冷却约15射中后出炉。浇铸Mit约为1350 。C，浇铸出的铸锭直径175mm，长度约900mm。
戶服的合金的热加工是指先将擀定表面进行车加工去皮，直径约加工到172 mm左右，用锯床切断成300 mm长的短锭，而后将其^ARX3-75-9型井式电 阻炉中随炉升温到850 。C并保温8小时，用1250吨臣卜式挤压IHJS行热挤压加工。 热挤压后的合金直径约为30 mm。
所述的合金的固溶处理是在RX3-75-9型箱式电阻中进行处理，其温度为 950 °C，保温时间为2h，固溶处理后进行水淬。
所述的固溶后的冷加工变形是指冷拉 形，在LLBIO型g拉拔机上进 行分道次拉拔。最终合金直径为6mm。
实施例2
本实施例铜合金材料主要包含有Cu、 Al和稀土添加剂Ce，其中各成分的 含量是Al， 0.15wt%; Ce， 0.50wt%;余量为Cu。
制备上述铜合金材料的工艺包括
(D^金的熔炼；(D^金的热加工；③合金的固溶；④固溶后冷加工变形。 其中合金的熔炼和锻造为传统大气环境下的中频感应熔炼工艺，即所述
合金的熔炼在1000kg中频感应熔炼炉中熔炼而成(用石墨坩埚)。先将高纯阴 极铜(纯度99.95%)谢七后，木炭粉覆盖防氧化，而后升温精炼8^H中，加入 Al保，炼。加入Ce (考虑烧损量)，it行充分搅拌后浇铸，冷却约5辦中后 出炉。浇铸温度约为1350 。C，浇铸出的铸锭横截面为175mmxll5mm。
戶，的合金的热加工是指先将^^定表面进行车加工去皮，约加工到172 mm xll3mm左右，用锯床切断成400mm长的短锭，而后将其^ARX3-75-9型箱 式电阻炉中随炉升温到900 'C并保温6小时，用四辊轧tlJt行热轧制加工。热 轧后的合金尺寸约为172mmxl2mm。
戶，的合金的固溶处理是在连续式电阻炉中进行处理，^^显度为900 。C， 保温时间为4h，固溶处理后进行水淬。
所述的固溶后的冷加工变形是指用四辊轧t,行冷轧变形，进行分道次冷 轧制。最终尺寸为172 mm x5 mm。
实施例3
本实施例铜合金材料主要包含有Cu、 Al和稀土添加剂(Ce+Y)，其中各成 分的含量是Al， 0.95wt%; (CefY)， 0.35wt%;余量为Cu。
制备上述铜合金材料的工艺包括
敝金的熔炼；齢金的热加工；齢金的固溶；④固溶后冷加工变形。 其中合金的熔炼为工频感应熔炼工艺，即所述合金的熔炼在3000kg工频 感应熔炼炉中熔炼而成。先将高纯阴极铜(纯度99.95%)熔化后，而后升温精 炼10辦中，加入Al保m炼。在Ar气的保护下，加入(OHY)，进行充分搅 拌后浇铸，冷却约15^H中后出炉。浇铸驢约为1350 'C，浇铸出的^f趙径 175 mm。
戶腿的合金的热加工是指先将辦定表面进行车加工去皮，直径约加工到172 mm左右，用锯床切断成600mm长的短锭，而后将其^ARX3-75-9型井式电 阻炉中随炉升温到950 'C并保温4小时，用1250吨卧式挤压禾腿行热挤压加工。 热挤压后的合金直径约为30 mm。
戶，的合金的固溶处理是在RX3-75-9型箱式电阻中进行处理，其温度为 950 °C，保温时间为2h，固溶处理后进行水淬。
戶腐的固溶后的冷加工变形是指冷拉拔变形，在LLBIO型齢拉拔机， 行分道次拉拔。最终合金直径为6mm。
权利要求
1、一种整体弥散铜制备用稀土铜合金材料的制备工艺方法，其特征是所述稀土铜合金材料主要包含有Cu、Al和稀土添加剂RE；其中各成分的含量是Al，0.10wt％～1.00wt％；RE，0.05wt％～0.50wt％，余量为Cu；所述稀土添加剂RE是指Y或Ce或混合稀土元素(Ce+Y)；所述混合稀土元素(Ce+Y)采用纯稀土称重进行混合，其配比为wt％Ce∶wt％Y＝1∶1；稀土铜合金材料的制备工艺包括合金的熔炼、合金的热加工、合金的固溶、固溶后冷加工变形；其中，合金的固溶处理温度为900～950℃，保温2～4h后水淬；(850～950)℃×4h～8h进行热挤压或热轧加工。
全文摘要
本发明属于合金材料技术领域。提出的整体弥散铜制备用稀土铜铝合金材料主要包含有Cu、Al和稀土添加剂RE；其中各成分的含量是Al，0.10wt％～1.00wt％；RE，0.05wt％～0.50wt％，余量为Cu；所述稀土添加剂RE是指Y或Ce或混合稀土元素(Ce+Y)；所述混合稀土元素(Ce+Y)采用纯稀土称重进行混合，其配比为wt％Ce∶wt％Y＝1∶1；稀土铜合金材料的制备工艺包括合金的熔炼、合金的热加工、合金的固溶、固溶后冷加工变形；其中，合金的固溶处理温度为900～950℃，保温2～4h后水淬；(850～950)℃×4h～8h进行热挤压或热轧加工。本发明制备的弥散铜具有高强度、高导电性、高抗软化温度的特点，其制备方法具有内氧化时间短、成本低、效率高的优点。
文档编号C22F1/08GK101338389SQ20081005006
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月19日 优先权日2008年6月19日
发明者任凤章, 勇 刘, 平 刘, 宋克兴, 毅 张, 李红霞, 田保红, 贾淑果, 陈小红 申请人:河南科技大学