[发明专利]一种尺寸为￠70—100mm的高强度、高导电滚轮生产方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种高强度、高导电、高软化温度Al₂O₃弥散强化铜基复合材料滚轮塑性加工技术。

背景技术

弥散强化铜材料是一种具有优良物理性能和力学性能的功能材料。广泛应用于集成电路的引线框架、各种点焊、高档轿车车身点焊、滚焊电极、触头材料、电动工具换向器、高速电气化铁路架空线、大功率异步牵引电动机转子、高脉冲磁场导体材料，航空航天导体材料。特别是近十年来随着新材料技术的发展，轿车产业、信息产业、微电子产业大量使用高强高导材料的趋势非常强劲，氧化铝弥散强化铜复合材料从其功能性方面衡量具有不可替代的作用。为了改善铜及铜合金在高温下强度不足的缺陷，通过在铜基体中加入高温性能稳定的氧化物相粒子，使材料在保持它的高导电性的同时，最大限度的提高它的强度是目前在高强高导铜合金材料领域中研究的热点和产业化方向。氧化铝弥散强化铜复合材料是通过向铜基体中引入均匀分布、细小具有优良热稳定性的氧化铝颗粒，强化铜基体而制得的材料。该材料不但强度高，导电率和导热率也非常好，更具特征的是材料处在高温环境下，它比任何铜合金能保持的强度都高，即优良的抗软化温度。这一特征主要是来自均匀分布在铜基体中微小的氧化铝颗粒。

弥散强化铜大直径滚轮加工技术就是利用锻造设备的快速、大能量获得高密度、大断面、高温性能优良的导电轮系产品，应用于轿车车身、摩托车油箱、飞机油箱、家用电器加工等。但由于该材料中存在氧化铝相的成分，塑性加工时基体材料变形困难。从实验可知，该材料的预成型坯无论是否致密都难以进行自由锻造变形。只有改变坯料在变形时的应力状态，用特定的加工方法才能进行塑性变形。现有加工大直径导电滚轮的方法是利用熔铸工艺浇铸制取坯料，进行自由锻造、机械加工。缺点是利用熔铸工艺，材料的成分大多是Cu-Cr、Cu-Cr-Zr系列合金，属于固溶强化合金材料，在较低温度下约在固溶温度的一半时，将失去它们的大部分强度。因而在高温环境下(600以上)，合金材料强度、硬度下降，导致滚轮软化变形性能下降，这在连续化生产线上是非常重要的。

发明内容

本发明专利的目的在于克服浇铸合金加工滚轮导电材料高温性能的缺陷，发明一种快速、大能量加工技术来制备含有陶瓷成分材料的导电滚轮，使常规条件下难以加工的材料变为可行。实现导电滚轮在高温(900℃以上)达到高强度、高导电、高软化。

一种尺寸为￠70—100mm的高强度、高导电滚轮生产方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，制取合金粉末

采用中频感应电炉熔炼电解铜，待电解铜熔化后降低电炉功率至20～30KW，计算加入铜－铝，中间合金，所述质量比Cu:Al＝1:1，再提高电炉功率到满负荷，使合金熔液过热到1250～1300℃，保温10～15分钟。使用氮气或氩气雾化介质雾化制取含铝0.5～0.6％重量比的铜－铝合金粉末原料。该粉末原料在100～150℃下烘烤，经过筛分合批获取粒度在150um以下的铜－铝合金粉。

步骤二，合金粉低温导氧：

将步骤一所制得的铜－铝合金粉末在导氧设备使合金粉末颗粒表面与空气中的氧反应生成一层氧化膜。

步骤三，氧化铝相原位生长：

将步骤三所制的的导入氧源的铜－铝合金粉置于氧化铝生长炉中，密封升温。当温度达到600-800℃时，保温120—180分钟，此阶段铜－铝合金粉中的Al转变成Al₂O₃，然后降温至100℃以下取出，制得Al₂O₃相弥散强化铜粉末。

步骤四，

将步骤三所制的Al₂O₃相弥散强化铜粉末经粉碎机粉碎－振动筛筛分－磁选设备磁选－还原炉还原即成为大尺寸滚轮粉末原料。

步骤五，直径尺寸为￠45—70mm的高导电滚轮预成型坯料制备：

将步骤四的Al₂O₃弥散强化铜粉末原料，利用压制模具在液压机设备上制成相对密度大于85％，高径比约为1.3～1.5的预成型坯料。将预成型坯料在850℃、还原气氛H₂中保温45分钟，冷却至室温即成为预成型坯料。

步骤六，闭式模具中快速成型：

将步骤五所制取的预成型坯料在惰性N₂气氛中加热保温45分钟，温度900℃，然后利用750千克以上锤锻设备，以打击速度大于7m/s、打击能量大于100KJ的工艺条件，在闭式成型模腔中一次成形。