[发明专利]一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法

说明书

一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，属于新材料技术领域。通过Cu‑Y非晶中间合金的氧化，预先获得比重与基体Cu接近的Cu‑Y₂O₃结合体，以此为基础直接熔炼制得了组织均匀、可控的ODS‑Cu合金。其主要优点在于：①克服了以往熔炼时因氧化物与基体比重差异大而导致的Y₂O₃粉末漂浮问题；②发挥了非晶结构、组分均一，以及氧在其中的固溶度大和扩散效率高的优势，来精确控制合金的氧添加量，并实现了Y₂O₃增强颗粒的大小、数目密度、形态和分布的有效调控；③通过熔铸工艺直接获得组织均匀的ODS‑Cu合金，工艺过程简单、高效、可控，易实现规模化生产；（4）由本发明制备的Y₂O₃弥散强化高强高导铜合金的室温电导率优于90%IACS，抗拉强度超过650MPa。

技术领域

本发明涉及一种三氧化二钇（Y₂O₃）弥散强化铜合金的制备方法，属于金属基复合材料及制备技术领域。

背景技术

高强高导铜合金材料在航空航天、高铁、集成电路以及核聚变等领域具有广泛的应用前景。它属于铜合金新材料，主要包括沉淀强化铜（PH-Cu）合金和弥散强化铜（DS-Cu）合金。以CuCrZr合金为代表的PH-Cu合金中析出的沉淀相与基体常存在共格关系，强化效果优异。然而，但PH-Cu合金面临的最大问题是析出相的热稳定性较差，服役温度较高时会引发析出相回熔、粗化，抗拉强度大幅降低。与之相比，DS-Cu铜合金不但具有优良的综合物理、力学性能，同时还具有良好的高温力学性能。它是利用具有高熔点、高硬度、优异热稳定性和化学惰性特征的强化相粒子（例如氧化物、碳化物、硼化物等），通过原位或非原位的合成方法添加到铜基合金中，获得的一类新型铜基复合材料。这种材料的性能与其中的强化相状态密切相关，包括强化相的尺寸、粒子间距、分布，以及颗粒与基体的界面结合等。而这些状态主要是由制备方法决定的。目前，DS-Cu铜合金的制备方法主要包括原位合成法和非原位合成法（强制外加法）两大类。其中，原位合成法可获得尺寸细小，分布弥散的强化粒子，它们与基体的界面清洁、污染少，界面结合强度高；而非原位合成法则是通过机械合金化等技术人为向铜基体中外加纤维或颗粒增强体，所得DS-Cu合金的界面共格度较差、且易带来杂质污染；同时强化相颗粒也容易发生偏聚，性能较原位生成的DS-Cu合金的差。

氧化物是制备/合成DS-Cu合金时常用的强化相粒子，相应的，人们将氧化物弥散强化铜命名为ODS-Cu。在目前已知的原位合成ODS-Cu的工艺中，内氧化法最为成熟和常用，并已获得工业应用。下面以Cu-Al₂O₃为例简要说明内氧化法制备ODS-Cu的工艺流程。首先，配制和熔炼Cu-Al合金锭，然后采用气体雾化等技术制备Cu-Al合金粉体，再将Cu-Al合金粉与氧化剂（例如Cu₂O）按不同比例混合后置于密闭容器中，加热至950℃进行氧化-还原反应。由于Al元素较活泼，它将夺走Cu₂O中的氧，优先与其化合形成Al₂O₃；反应结束后，将温度降至900℃后通入H₂气，还原残余的Cu₂O氧化剂，将其中的氧去除；接着，是820℃下的整体样品去气处理；最后将粉体样品取出进行挤压/热锻成形，并结合系列的后续热处理或冷加工，得到Cu-Al₂O₃型ODS-Cu合金。