[发明专利]一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种铜基有色合金，尤其是一种高强高导弥散强化铜合金。本发明还涉及该高强高导弥散强化铜合金的制备方法。

背景技术

弥散强化铜（DSC）是一种具有优异力学性能，同时又具备良好导电导热性的高性能功能材料。作为重要的功能材料，弥散强化铜已在汽车、焊接电极、引线框架、微波器件等工业领域中得到了广泛的应用。通过添加少量的第二相颗粒，弥散强化铜在保持铜合金良好导电导热性同时又提高了其机械强度。弥散强化的实质是利用均匀弥散的超细微粒阻碍位错运动从而提高材料在高温条件下的力学性能, 其均匀弥散第二相的强化作用既提高了材料的高温强度和硬度，又不会明显降低合金的导电性能，从而使该材料具有良好的综合性能。

陶瓷颗粒由于具有很好的强度、优异的高温力学稳定性以及耐腐蚀性，因此通常作为弥散强化铜增强相的首选材料。然而，由于铜的晶体结构与陶瓷的晶体结构差别较大，因此铜与陶瓷有着较差的界面性能。由于较差的界面性能容易导致陶瓷颗粒的团聚，并且容易在界面处形成缺陷，从而降低材料的力学性能。由于增强相在弥散强化铜合金中的质量分数一定时，增强相颗粒粒径越小，则其在基体中的弥散度也越高，材料强度也将更高。因此，尽可能减小增强相颗粒的粒径并避免它们在烧结和退火过程中的长大是制备高强高导弥散强化铜合金的关键。

目前国内外已经开发出众多弥散强化铜的制备工艺来制备具有高度细化弥散增强相颗粒的铜合金，主要包括粉末冶金法（机械混合法）、机械合金化法、复合电沉积法和混合铸造法、内氧化法和反应喷射沉积法等。其中，通过机械合金化法或机械合金化法与内氧化法相结合的方法来制备弥散强化铜，具有生产效益高，产品质量好等优点，因此这些方法在弥散强化铜的商业制备中使用非常普遍。它们的基本原理为，通过高能球磨或内氧化的方式使陶瓷增强相扩散溶解于铜基体中，由于陶瓷增强相溶于铜基体是一种非平衡态，在高温烧结过程中这些陶瓷相将弥散析出从而达到很好的细化和弥散效果。

然而，机械合金化法或机械合金化与内氧化结合的方法存在一个很大的缺陷，那就是陶瓷增强相在弥散析出的过程中将优先依附于那些未溶解的陶瓷颗粒为核长大，从而容易导致陶瓷增强相的粗化，降低陶瓷颗粒的弥散度。

此外，由于陶瓷具有较差的导电性，当以陶瓷作为弥散强化铜增强相时，将不可避免的降低弥散强化铜合金的导电性能。陶瓷增强相影响合金导电性的基本原理为：铜与陶瓷有着不同的热膨胀系数，热膨胀系数差异造成的内应力将会导致晶格畸变，从而引起陶瓷弥散相周围的位错密度增加, 再加上陶瓷颗粒本身导电性差，使得电子在传输过程中容易在铜与陶瓷界面处发生散射，从而降低材料的电导率。因此，通过传统的改进弥散强化铜制备工艺的方法，并不能从根本上改变陶瓷增强颗粒降低弥散强化铜合金导电性的问题。

发明内容

本发明提供一种掺杂微量金属元素的高强高导弥散强化铜合金，这种铜合金具有显著提高的力学和导电性能。本发明还提供这种高强高导弥散强化铜合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种高强高导弥散强化铜合金，包括铜基和陶瓷弥散强化相，所述高强高导弥散强化铜合金还包括掺杂元素，所述掺杂元素为镍(Ni)、钇(Y)、银(Ag)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)中的一种或两种或者多种。

所述陶瓷弥散强化相优选为氧化锆(ZrO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al₂O₃)和硼化钛(TiB₂)中的一种或两种或者多种，其在铜合金中所占质量分数为0.1%～2% 。

其中所述掺杂元素在铜合金中所占质量分数优选为0.1%～1% 。

本发明的高强高导弥散强化铜合金的制备方法，包括制备弥散强化铜合金粉末的步骤，所述弥散强化铜合金粉末的制备步骤包括下列分步骤：

A1、采用水雾化法或者气雾化法分别制备含有锆(Zr)、钇(Y)、镁(Mg)和铝(Al)中的至少一种弥散强化相金属元素的铜合金粉末，和含有镍(Ni)、钇(Y)、银(Ag)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)中的至少一种金属掺杂元素的铜合金粉末；