一种高导电的磷铜合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料，具体为一种高导电的磷铜合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前磷铜合金主要应用于印制电路板、电铸电镀用磷铜阳极、电气设备触点和接插件用铜带，并广泛应用于电动机、中央空调、冷冻机等行业。随着现代工业的高速发展，原本的磷铜合金的性能已经难以满足现有需求，现阶段的应用中，不仅需要磷铜合金具有更优异的导电性能，还需具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，从而可以增强使用寿命，扩大应用领域。

2、现有技术中，通常会通过提高红磷的含量，进而获得更好的导电性能，但是红磷对磷铜合金材料导电性能的提高也存在有一定限制；且随着磷含量的提高，会对磷铜合金的韧性、耐蚀性有显著降低的影响；另一方面，其也会降低磷铜合金力学性能，极大地限制了其应用范围。

3、综上所述，针对现有技术存在的缺陷，本发明致力于解决在合适范围内提高磷含量，进而改善磷铜合金材料导电性能的同时，限制其对磷铜合金材料力学性能、韧性、耐蚀性的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高导电的磷铜合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种高导电的磷铜合金材料及其制备方法，包括以下步骤：

4、s1：对红磷颗粒进行预处理提纯，得到预处理红磷；

5、s2：将预处理红磷进行催化转化，提纯，干燥，得到黑磷材料，黑磷材料中黑磷的含量≥90％；

6、s3：将黑磷材料与氧化石墨烯结合制成磷/石墨烯复合材料；

7、s4：磷/石墨烯复合材料与纯铜、镁、铈金属进行熔融铸造，依次经熔融、浇铸、热挤压、拉拔、光亮退火，得到磷铜合金材料。

8、所述磷铜合金材料的元素组成按重量百分比计为：铜84％～94％，磷/石墨烯复合材料4～16％(磷与石墨烯的比例为：20:1)，镁0.05％～0.1％，铈0.01～0.03％。

9、进一步的，所述s1红磷颗粒(纯度为77％)置于加热炉中，在保护气氛下以3～8℃/min升温速率，升温至250～380℃，保持2～3小时，待其自然冷却至室温；再将热处理后的红磷，用行星式研磨机进行球磨，以60～300转/min的速率研磨5～30min，研磨至粉末，放入过100～1000目的筛网进行人工筛分，得到预处理红磷。

10、上述中得到的预处理红磷进行纯度检验，其纯度≥99.99％。

11、上述对红磷颗粒进行预处理，可以去除原料中的水分和将其中五氧化二磷升华去除，同时通过高温条件也能将夹杂的白磷转化成红磷，提高红磷纯度，最后对红磷进行研磨则是为了提高后续黑磷制备的转化率。

12、进一步的，所述s2将预处理红磷同催化剂金西共晶箔、锡(三者质量比例为50:2:1)混合均匀后，密封在密闭容器中，对密闭容器抽真空，注入保护气氛下以1.35～1.87℃/min加热到600～650℃并保持1～6h，后以0.66℃/min降温到500～550℃并保温1～6h，最后以1.30～1.50℃/min的降温速率降至室温，得到产物黑磷粗产物。

13、进一步的，所述s2所得产物黑磷粗产物需进行提纯，依次使用碱性溶液、去离子水、有机溶剂对黑磷粗产物洗涤，洗涤后，经60～100℃干燥处理0.5～1h，得到黑磷材料。

14、所述碱性溶液为1×10-3～1×103mol/l的氢氧化钙水溶液；有机溶剂包括丙酮、氯仿、乙醚、四氯化碳中的一种或几种组合物。

15、上述对黑磷粗产物用碱性溶液对黑磷材料进行洗涤，是为了去除其中红磷杂质；用去离子水是为了将碱性物质洗干净；有机溶剂则是为了去除黑磷粗产物中的sn及其化合物。

16、进一步的，所述s2中得到的黑磷材料进行纯度检验，保证其纯度≥90％。

17、进一步的，所述s3中制备磷/石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

18、(1)用异丙醇将氧化石墨烯和黑磷材料分别配制成2mg/ml～2.5mg/ml的溶液a和20mg/ml～25mg/ml的溶液b，将a、b两种溶液，将两者混合均匀，经超声处理2～24h，冷冻干燥，得到黑磷/氧化石墨烯固体，后将黑磷/氧化石墨烯固体置于保护气氛中进行红外光照预处理2～72h得到磷/预还原氧化石墨烯固体；

19、(2)在保护气氛下，将磷/预还原氧化石墨烯固体进行加热处理，加热范围50～150℃，加热时长0.5h～3h，得到磷/石墨烯复合材料备用。

20、上述采用氧化石墨烯与黑磷材料进行复合，制备出磷/石墨烯复合材料，摒弃了以往采用红磷进行磷铜合金材料制备，而采用了黑磷，相比于红磷，黑磷具有优异的导电性能，且其它各方面性能都比红磷更加优异，用它与铜制成磷铜合金材料，合金的性能会更加优异；同时引入了石墨烯与黑磷结合，由于石墨烯具有良好导电性、导热性和韧性，在提升磷铜合金材料导电性的同时，也解决由于磷含量过高带来的脆性问题的同时，也能帮助合金材料更好散热，减少由于使用过程中温度过高，导致电阻变大，使得材料导电性能下降带来的影响。另外，由于黑磷材料纯度的关系，不可避免其中掺杂了少量纳米红磷，石墨烯可以和纳米红磷形成由片状、粒状组成的立体的层状导热体系，形成红磷/石墨烯复合材料，间接削弱了纳米红磷对磷铜合金材料力学性能不好的影响，进一步提高了材料的导热性能。

21、进一步的，所述s4中磷铜合金材料制备步骤：

22、(1)纯铜、镁和稀土金属铈置于密闭坩埚，通入保护气体，加热至1100℃，直至金属完全熔化后加入s3中得到的磷/石墨烯复合材料，将其搅拌均匀后出炉浇铸成铸锭；

23、(2)对铸锭依次进行热挤压、拉拔、光亮退火，最后冷却得到磷铜合金材料。

24、所述对铸锭进行热挤压采用感应加热炉进行加热；光亮退火采用气氛保护光亮退火电阻炉。

25、上述对磷铜合金材料的制备，在密闭坩埚内熔融可以隔绝空气，避免混入氧气，导致产品出现较多孔隙，从而材料的力学性能和导电性能受到损害；对材料进行后续处理可以进一步提高材料强度和耐蚀性，也可以获得更加光亮平整的材料；在合金中引入了镁和稀土金属铈，镁可以增加合金强度、韧性、耐蚀性，铈能够明显提高合金抗氧化性，对铜合金化作用，降低合金活度，对合金表面进行改性，提高合金质量，进一步提高合金强度韧性，延长合金使用寿命。此外，由于磷/石墨烯复合材料中掺杂了少量红磷/石墨烯复合材料，石墨烯可以和纳米红磷形成由片状、粒状组成的立体的层状导热体系，形成红磷/石墨烯复合材料，间接削弱了纳米红磷对磷铜合金材料力学性能不好的影响，进一步提高了材料的导热性能。

26、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

27、本发明制备得到的磷铜合金材料，在石墨烯、镁、稀土金属铈三者的协同下充分改善本产品强度、韧性、耐蚀性存在的缺陷。在提高磷铜合金导电的性能的同时，又能确保磷铜合金的韧性、耐蚀性不会因此受到显著影响，同时也提升了材料导热性能，材料的导电性能更稳定。

28、综上所述，本发明产品极大程度的解决了高导电磷铜合金材料在相关行业应用所存在的缺陷，能够更好适应现代工业需求，也能够更广泛应用在别的行业领域。