[发明专利]一种制备碳化铝弥散强化铜的方法

说明书

技术领域

本发明属于弥散强化金属材料制备技术领域，特别提供了一种采用制备碳化铝弥散强化铜的方法。

技术背景

弥散强化在金属基体中引入稳定、均匀、细小的氧化物质点，钉扎位错、晶界、亚晶界，阻碍位错的移动，从而强化材料的方法。弥散强化铜由于在铜基体中弥散分布着细小均匀的氧化物质点，其强度较高，软化温度高；同时细小弥散分布的氧化物质点又不会对铜合金本身的导电导热性造成不良影响，使得弥散强化铜在提高强度的同时还能保持自身优异的导电导热性。因此，弥散强化铜是综合导电性、导热性、室温和高温强度、硬度和耐磨性、抗熔焊性能最高的铜合金。

目前制备弥散强化铜的工艺主要为机械合金化法，将纳米Al₂O₃粉和铜粉放入高能球磨机中进行高能球磨，球磨过程中较硬的纳米Al₂O₃粉被磨到较软的铜粉内部，形成Al₂O₃在铜粉中均匀分布的弥散强化铜粉。该方法存在一定的缺陷，即在球磨过程中仍然避免不了Al₂O₃粉末的团聚，制备的弥散强化铜粉中仍然存在较大颗粒的Al₂O₃粉末。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高能球磨的方法制备碳化铝弥散强化铜粉末的方法。该方法与传统的机械合金化法相比，采用水雾化的铜铝合金粉末加入活性炭粉进行高能球磨后真空高温扩散，在球磨以及高温扩散的过程中，Al与活性炭发生反应生成Al₄C₃，原位反应所得到的弥散相分布更加均匀，所得到的弥散相颗粒细小。

本发明制备碳化铝弥散强化铜粉的工艺过程为：采用水雾化制备铜铝合金粉，其中铝的质量分数为总重量的0.5%-2%，称取一定量的活性炭粉与铜铝合金粉混合，保证活性炭粉与铝粉的摩尔比为3:4，使之完全反应。把混合粉末放入行星式高能球磨机中球磨，球料比为10-12：1，球磨机转速为350-400r/min，球磨时间为20-40小时，不包含停机时间。每球磨5小时停机1小时，以防止球磨罐温度过高。然后将球磨好的粉末在氢气流中在700-800℃扩散并还原40-60min，使球磨后的粉末充分还原，并使铝粉与活性炭粉充分反应，生成Al₄C₃，最终得到弥散相颗粒细小分布均匀的Al₄C₃弥散强化铜粉末。

此法的优点在于在高能球磨和高温扩散，使铜铝合金粉中的铝与碳发生原位反应，原位合成碳化铝颗粒，所得到的弥散相分布均匀，颗粒细小。

具体实施方式

实施例1：0.67%Al₄C₃弥散强化铜粉末

采用水雾化制备铜铝合金粉，其中铝的质量分数为0.5%，称取一定量的活性炭粉与铜铝合金粉混合，保证活性炭粉与铝粉的摩尔比为3:4，使之完全反应后得到的Al₄C₃的质量分数为0.67%。把混合粉末放入行星式高能球磨机中球磨，球料比为10：1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为20小时，不包含停机时间。每球磨5小时停机1小时，以防止球磨罐温度过高。然后将球磨好的粉末在氢气流中在700℃扩散并还原40min，使球磨后的粉末充分还原，并使铝粉与活性炭粉充分反应，生成Al₄C₃，最终得到弥散相颗粒细小分布均匀的Al₄C₃弥散强化铜粉末。

实施例2：1.33%Al₂O₃弥散强化铜粉末

采用水雾化制备铜铝合金粉，其中铝的质量分数为1%，称取一定量的活性炭粉与铜铝合金粉混合，保证活性炭粉与铝粉的摩尔比为3:4，使之完全反应后得到的Al₄C₃的质量分数为1.33%。把混合粉末放入行星式高能球磨机中球磨，球料比为11：1，球磨机转速为370r/min，球磨时间为30小时，不包含停机时间。每球磨5小时停机1小时，以防止球磨罐温度过高。然后将球磨好的粉末在氢气流中在750℃扩散并还原50min，使球磨后的粉末充分还原，并使铝粉与活性炭粉充分反应，生成Al₄C₃，最终得到弥散相颗粒细小分布均匀的Al₄C₃弥散强化铜粉末。