[发明专利]一种铜基锆及氧化锆复合强化的合金及制作方法

说明书

本发明公开了一种铜基锆及氧化锆复合强化的合金及制作方法，该方法包括以下步骤：合金粉与氧化剂粉混合‑等静压制锭‑水封热挤压‑功能梯度热处理‑冷塑性加工，通过用内氧化生成的更宽的热处理温度区间以坚硬的α相纳米级弥散氧化锆粒子替代了传统的以松散的γ相为主的三氧化二铝粒子，同时，锆析出强化构成了复合强化效果，提升强度，热加工后进行内氧化处理，提升材料塑性，锆的富余使杂氧含量达到无氧铜级别。

技术领域

本发明涉及金属材料加工工艺领域，具体是一种铜基锆及氧化锆复合强化的合金及制作方法。

背景技术

弥散强化铜复合材料具有高导热率、高导电率和优良的高温强度、高温抗蠕变性能、耐磨性能好等优点，在机电、电子、宇航和原子能等领域有着巨大的应用潜力。

弥散强化铜合金又称氧化铝铜，是一种由纳米级氧化铝微粒弥散强化的铜合金，氧化铝弥散强化铜复合材料是应用最广泛的弥散强化铜产品，氧化铝弥散强化铜材料的物理性能与纯铜的非常相似,它不但强度高,电导率和热导率也高；长时间暴露于接近铜基体熔点的温度(800℃～900℃)之下,依然能保持很好的强度和导电率。内氧化法是制备该材料最常见的手段，也是目前氧化铝弥散强化铜研究的热点。专利CN201310151407.X、专利CN201510551047.1等都集中关注于改进内氧化及后道制坯工艺，以期得到残氧含量低，均匀、弥散、细小的氧化铝颗粒，但都难以从根本上解决以下问题：

(1)合金中残氧难以除尽

在高温条件下(900℃～1000℃)，引入过量氧，铝粉才能全部生成氧化铝，此时过量的氧与铜粉会生成氧化铜或氧化亚铜，利用氢气或其他还原剂还原，都难以将铜粉中的氧完全除尽，同时也增加制备锭坯的工艺流程；

(2)生成弥散、细小、均匀的氧化铝的工艺窗口狭窄，不同的氧化工艺能生成不同类型的氧化铝颗粒，α型氧化铝颗粒能起到弥散质点强化作用，而γ型氧化铝颗粒松散，不能用作强化质点，一旦工艺控制精度下降，生成γ型氧化铝颗粒，则材料不能使用；

(3)三氧化二铝弥散强化铜因为在工艺流程上需要先内氧化后塑性加工，此工艺流程会带来的塑性低的问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种铜基锆及氧化锆复合强化的合金及制作方法，通过用内氧化生成的纳米级弥散氧化锆粒子替代了传统的弥散三氧化二铝粒子，纳米级弥散氧化锆粒子可以在更宽的热处理温度区间以坚硬的α相稳定存在，避免了在此温度区间γ型氧化铝颗粒松散不能用作强化质点作用的缺点；用合金内过剩的没有氧化的锆在铜基内通过固溶和析出时效阶梯热处理形成ZrxCuy金属间化合物强化相进一步发生强化效果；使过量的锆元素配置使金属基体内自由杂氧被消耗殆尽，材料杂氧含量达到无氧铜级别水平，≦5ppm，弥散强化铜的塑性，杂氧含量得到了控制；包含内氧化目的的功能梯度热处理是在热挤压工序之后，原金属粉末由于表面没有提前生成陶瓷氧化物膜而便于挤压变形和焊合，稳定实现了接近于锆铜合金的塑性指标，本合金的延伸率延伸率23％至44％，满足充分满足焊接电极冷镦成型和高铁滑触线、大功率电磁发射线圈的工程安全应用需要。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种铜基锆及氧化锆复合强化的合金及制作方法，该方法包括以下步骤：合金粉与氧化剂粉混合-等静压制锭-水封热挤压-功能梯度热处理-冷塑性加工。

作为本发明的进一步优选，该方法的具体步骤如下：

步骤一、合金粉与氧化剂粉混合

准备铜锆合金粉末，其中锆的质量百分比为0.35％～0.5％，其余为铜，然后通过颗粒筛选机对铜锆合金粉末进行分筛处理，将上述铜锆合金粉与氧化亚铜粉末混合，混合比例为：90～99:10～1；

步骤二、等静压制锭

将铜锆合金粉与氧化亚铜粉末置于等静压炉内，得到初制圆柱形锭坯；

步骤三、水封热挤压