[发明专利]一种纳米WC弥散强化铜的制备方法

说明书

本发明属于金属基复合材料及制备领域，具体涉及一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，将原料合金按配比中纳米WC的质量分数为8.87％，余料为氧化铜的比例混合(即质量比WC∶Cu＝1∶9的比例)，对混合粉末进行球磨，干燥后在氢气气氛下还原，最后烧结制备成米纳米WC弥散强化铜基复合材料。本发明制备的WC颗粒弥散强化铜基复合材料，可以高效的细化铜颗粒，并使WC均匀弥散的分布在铜基体上，得到高强度、高导电率和耐高温的复合材料。最终复合材料的抗拉强度大于450MPa，导电率超过90％IACS，软化温度高于800℃。

技术领域

本发明属于金属基复合材料及制备领域，具体涉及一种纳米WC弥散强化铜的制备方法。

背景技术

弥散强化铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的新型结构功能材料，它兼具有高强高导性能和良好的抗高温软化能力。其强相粒子多为熔点高、高温稳定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。这些强化相粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，它们与析出强化型铜合金时效析出的金属间化合物粒子不同，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此可以有效的阻碍位错的运动和晶界滑移，提高合金的室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性，且耐腐蚀性也较好。弥散强化铜合金强化手段通常是通过内氧化法和机械合金化法制备的。

采用内氧化法制备的氧化铝弥散强化合金，因其高的导热性、导电性和合理的机械强度和热稳定性而被广泛用作焊接过程中的电极材料。但是由于氧化铝粒子与铜基体的润湿性很差，而且两者的比重相差较大，导致细小的氧化铝粒子产生偏聚。另外由于氧化铝对铜粉烧结有很强的抑制作用，提高了基体铜的起始位能，使体积扩散难以启动，因此简单的烧结无法使复合材料达到全致密化和均匀化。

WC作为一种硬质合金工业中使用最多的硬质合金物，其显著的特点是高强度、高耐磨性以及高化学稳定性等，所以是公认的作为强化铜基体材料最为合适的弥散强化相。通过机械合金化制备的纳米WC弥散强化铜基复合材料具有高强度、高导电率和高的使用温度，在集成电路引线框架、电阻焊接电极、接触材料、换向器等领域具有广泛的应用。但是WC作为一种难熔金属化合物，与铜基体的润湿性较差，在球磨过程中容易使WC产生团聚；并且由于铜的优良延展性，使得铜颗粒变形拉长不利于两者结合，因此传统方法制备的WC弥散强化铜基复合材料达不到很好的强化效果及良好的导电及高温性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有制备技术上的不足，提出一种纳米WC弥散强化铜的制备方法，该方法利用氧化铜和纳米WC混合球磨随后再还原的方法，制备纳米WC弥散强化铜基复合材料。

本发明是通过以下技术方案实现的。具体的制备方法如下：

(a)原料准备：将原料合金按配比中纳米WC的质量分数为8.87％，余料为氧化铜的比例混合(即质量比WC:Cu＝1：9的比例)。

(b)(b)球磨：将硬质合金球与混合粉末按球料比为5:1混合，并加入适量的无水乙醇进行湿磨，把球磨罐放入球磨机中球磨24h，得到混合均匀的黑色浆料。

(c)还原：将浆料置于干燥箱中，在110℃下干燥10h后取出，放入真空管式炉中，在氢气的气氛下还原，得到混合均匀的纳米WC和铜粉末。

(d)烧结：将还原完的粉末用压样机制备好样品后，置于氧化铝坩埚中，再将坩埚置于真空管式炉的刚玉管中通氢气烧结；烧结温度为1000～1100℃，保温时间为1h，冷却到室温。

由于紫铜具有优异的延展性，而WC具有极高的强度和硬度，使得WC在球磨过程中容易产生聚集，一般的球磨方法无法制备出混合均匀、弥散分布的复合材料。而氧化铜相比紫铜具有更高的强度和硬度，使得在和纳米WC球磨过程中的破碎分散更加容易，从而得到的氧化铜颗粒更加细小，最终使WC均匀弥散分布于基体中。因此上述技术方案制备的纳米WC散强化铜基复合材料，解决了传统工艺制备弥散强化铜基复合材料中强化相偏聚的问题，实现了更加优异的复合化效果。

本发明的有益效果为：