[发明专利]一种塑料模具用高硬度耐磨铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料，具体涉及一种塑料模具用高硬度耐磨铜合金及其制备方法。

背景技术

目前，满足塑料模具材料性能要求的主要是工模具钢和铍铜合金。和广泛使用的工模具钢相比，铜合金模具具有良好的抗热疲劳性能，不仅导热率高，而且耐腐蚀性能好，因此可缩短注塑成型周期，减少注塑产品的翘曲变形，有效地提高塑件的质量和生产效率，是塑料模具关键部件的常用主要材料。工业中的加工、铸造及粉末冶金的铜合金中除铍青铜外，一般硬度较低，并不适合作为塑料模具材料。而用作塑料模具材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe₂、ZCuBe_2.4等。铍铜合金模具材料虽然优点显著，但是也存在自身问题，主要是价格高，铍元素又是一个毒性元素，铍铜合金经固溶时效处理后才能达到高强高硬度，但是韧性很低，限制了其广泛应用。

现有低铍铍铜合金已经在电讯电子工业中有了越来越多的应用，但未从根本上解决铍铜存在的问题。也有研究制备的SiC颗粒增强Cu(Cr)基复合材料，在SiC含量达到20Vol％时，硬度最高也没有超过160HV。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料模具用高硬度耐磨铜合金及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种塑料模具用高硬度耐磨铜合金，该铜合金按质量分数计由以下组分组成：

Mo：8～10％、Cr：8～10％、Cu：≥78％且<80％，余量为杂质。

所述铜合金的密度为8.3～8.4g/cm^-3，致密度为94～95％。

所述铜合金的硬度为38～42HRC，热导率≥80W/K·m，电导率≥28％ICAS。

所述铜合金是由Cu粉、Mo粉以及Cr粉依次经机械合金化、去应力及粉末还原处理以及热压烧结制备而成。

上述塑料模具用高硬度耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：

1)两次机械合金化

首先利用机械合金化使Cr-Mo混合粉体形成高能态Cr(Mo)预合金固溶体粉末，然后将Cu粉末和高能态Cr(Mo)预合金固溶体粉末机械合金化获得Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末；

2)向Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末中混入活性炭粉后进行去应力及粉末还原处理得到待烧结粉末；

3)对待烧结粉末进行无气氛保护的中压烧结获得块状铜合金；

所述Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末中Cr以及Mo在Cu中固溶度以质量分数计均超过8％。

所述步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)将Mo粉以及Cr粉按1:1的质量比混合均匀得Cr-Mo混合粉体，将Cr-Mo混合粉体机械研磨16～24h，得高能态Cr(Mo)预合金固溶体粉末，研磨过程中采用氩气气氛保护，并采取干磨湿取的方式在研磨完成后将高能态Cr(Mo)预合金固溶体粉末取出，然后置于真空干燥箱中干燥；

1.2)将干燥后的高能态Cr(Mo)预合金固溶体粉末与铜粉按1:4的质量比混合均匀后机械研磨8～10h，得Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末，研磨过程中采用氩气气氛保护，并采取干磨湿取的方式在研磨完成后将Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末取出，然后置于真空干燥箱中干燥。

所述步骤2)具体包括以下步骤：

将Cu(MoCr)超饱和固溶体合金粉末与活性炭粉按100:1的质量比混合均匀后在真空管式高温烧结炉内于500～600℃退火1h。

所述无气氛保护的中压烧结具体包括以下步骤：

a1)将待烧结粉末装入有石墨纸保护的高温合金模腔内，并在热压烧结炉中对所述待烧结粉末施加620～630MPa初始压力；

a2)在初始压力下冷压保压15～20min；

a3)经过步骤a2)后，卸压至205～210MPa，并以8～10℃/min加热至烧结温度800～850℃，然后保温30～60min；

a4)保温后停止加热，并随炉冷却至室温，冷却后卸压并取出高温合金模腔内的块体材料，即得到铜合金。

本发明的有益效果体现在：