一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，將銅粉裝入擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至360～450℃后保溫10～15min，最后擠壓形成棒材，即得到高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材。本發(fā)明高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，通過將純度大于99%、粒徑為2～100μm的銅粉直接通過低溫?zé)釘D壓成形技術(shù)制成棒材，該銅棒材具有純度高、致密度高、強(qiáng)度高和塑性好的特點(diǎn)，該純銅棒材的優(yōu)異性能使其在導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能材料或結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬及塑形加工成形領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純銅具有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和較高的塑性變形能力，并具有良好的抗腐蝕性能，作為良導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。然而，盡管純銅具有高導(dǎo)電性的優(yōu)點(diǎn)，但其拉伸強(qiáng)度極低，通常僅為120-160MPa。另外，純銅具有高的塑性變形能力，但又因其極低的靜態(tài)再結(jié)晶溫度特點(diǎn)而導(dǎo)致極易加工硬化，從而抑制了進(jìn)一步塑形變形。因此，純銅材料大多應(yīng)用于導(dǎo)線、導(dǎo)體和冷卻器等，難以作為結(jié)構(gòu)材料滿足多種應(yīng)用需求。
[0003]研究表明，銅及其合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率往往成反比關(guān)系。采用某種強(qiáng)化手段使銅合金強(qiáng)化后其導(dǎo)電率必然會有某種程度的下降。因此，近年來出現(xiàn)了各種方法，如加入各種微量合金元素的合金化法、ECAP大塑性變形的細(xì)晶強(qiáng)化法，甚至采用快速凝固結(jié)合大塑性變形等。這些方法存在各自優(yōu)點(diǎn)，但提高強(qiáng)度指標(biāo)的同時往往降低了材料的導(dǎo)電性和塑性變形能力，難以兼顧高強(qiáng)高導(dǎo)要求。其原因主要是這些強(qiáng)化方法使晶體內(nèi)產(chǎn)生大量微觀缺陷，如點(diǎn)缺陷、位錯、第二相等，導(dǎo)致銅材的導(dǎo)電性能下降。晶格的不完整造成滑移的不連續(xù)而導(dǎo)致塑性變形能力降低。
[0004]盡管銅及其合金具有較高的塑性變形能力，然而，銅合金品種多，塑性加工性能相差較大。純銅和大部分黃銅、青銅和白銅均有較好的熱加工性能，變形溫度一般為500?1050°C。塑性最好的純銅、低鋅黃銅等，熱態(tài)、冷態(tài)變形率均可達(dá)90%以上。由于加工硬化特性，銅及其合金的擠壓變形溫度通常為600?1050°C。開始熱軋溫度隨合金而異，一般為650?1050°C，熱軋總變形量可達(dá)95%左右，純銅、低鋅黃銅等合金退火后總變形量達(dá)60?90%，低塑性及復(fù)雜合金為40?60%。
[0005]王曉溪等在《武漢科技大學(xué)學(xué)報》(2011,34 (4):253-257)發(fā)表了題為“純銅粉末包套等徑角擠壓工藝實(shí)驗(yàn)研究”的論文，其實(shí)驗(yàn)選用致密純銅作為包套材料，在室溫下采用包套等徑角擠壓工藝(PITS-ECAP)將純銅粉末顆粒直接固結(jié)成高致密度塊體細(xì)晶材料。但是，該方法需要純銅作為包套材料，純銅粉末顆粒在ECAP前的初始緊實(shí)度約為70%，這說明在ECAP前包套內(nèi)難免存在空氣，純銅粉表面可能會被氧化。另外，采用包套工藝增加了工藝的繁瑣程度。
[0006]因此，在保持純銅優(yōu)異的導(dǎo)電性能的同時，研究提高其強(qiáng)度的制備方法對純銅材的應(yīng)用具有實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法得到的純銅棒材不能同時具備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和高塑性的問題。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，將銅粉裝入擠壓模具中，通過擠壓機(jī)施加壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，并維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至360?450°C后保溫10?15min，最后擠壓形成棒材，即得到高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材。
[0009]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0010]銅粉的純度大于99%，粒徑為2?100 μ m。
[0011]預(yù)緊實(shí)壓力為5?10X105N。
[0012]擠壓的擠壓比為8?25:1，擠壓溫度為360?450°C。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，通過將純度大于99%、粒徑為2?100 μ m的銅粉直接通過低溫?zé)釘D壓成型技術(shù)制成棒材，該銅棒材具有純度高、致密度高、強(qiáng)度高和塑性好的特點(diǎn)，該純銅棒材的優(yōu)異性能使其在導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能材料或結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，將純度大于99%、粒徑為2?IOOym的銅粉裝入擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加5?IOXlO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至360?450°C后保溫10?15min，最后控制擠壓比為8?25:1，溫度為360?450°C，擠壓形成棒材，即得到高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材。
[0016]本發(fā)明高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，通過將純度大于99%、粒徑為2?100 μ m的銅粉直接通過低溫?zé)釘D壓成型技術(shù)制成棒材，該銅棒材具有純度高、致密度高、強(qiáng)度高和塑性好的特點(diǎn)，該純銅棒材的優(yōu)異性能使其在導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能材料或結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0017]本發(fā)明制備得到的純銅棒材可以進(jìn)行時效熱處理，時效熱處理溫度為75?350°C，保溫時間4?20h，起到改善組織，消除殘余應(yīng)力，從而改善產(chǎn)品的力學(xué)性能的作用。
[0018]實(shí)施例1
[0019]將純度大于99%、粒徑為40?50 μ m的銅粉裝入Φ50πιπι擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加8 X IO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至385°C后保溫IOmin,最后控制擠壓比為9.18:1，溫度為385°C,擠壓形成棒材，即得到Φ16.5mm的純銅棒材。
[0020]經(jīng)檢測和測試，實(shí)施例1制備的純銅棒材致密度為99.1%，UTS=276.2MPa，YTS=255MPa，Elongation=22.2%,斷面收縮率 Ψ=52.6%,導(dǎo)電性為 100%IACS,硬度為50.7HBW。
[0021]實(shí)施例2
[0022]將純度大于99%、粒徑為4?5 μ m的銅粉裝入Φ 50mm擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加IOXlO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至385°C后保溫IOmin,最后控制擠壓比為9.18:1，溫度為385°C,擠壓形成棒材，即得到Φ16.5mm的純銅棒材。
[0023]經(jīng)檢測和測試，實(shí)施例2制備的純銅棒材致密度為99.0%，UTS=305.8MPa，YTS=280MPa, Elongation=23.8%,斷面收縮率 Ψ=43.5%,導(dǎo)電性為 94.8%IACS,硬度為53.9HBff0
[0024]對實(shí)施例2制備得到的純銅棒材進(jìn)行時效熱處理(溫度為200°C，保溫時間12h)后其致密度為 99.0%, UTS=314.1MPa, YTS=300MPa, Elongation=22.7%,斷面收縮率 Ψ=48.8%,導(dǎo)電性為94.8%IACS，硬度為53.4HBW。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將純度大于99%、粒徑為2?3 μ m的銅粉裝入Φ 50mm擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加10 X IO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至425°C后保溫lOmin，最后控制擠壓比為25:1，溫度為425°C，擠壓形成棒材，即得到ΦΙΟπιπι的純銅棒材。
[0027]經(jīng)檢測和測試，實(shí)施例3制備的純銅棒材致密度為98.4%，UTS=336.2MPa，YTS=323.2MPa, Elongation=24.1%,斷面收縮率 Ψ=42.4%,導(dǎo)電性為 93.2%IACS,硬度為56.3HBff0
[0028]對實(shí)施例3制備得到的純銅棒材進(jìn)行時效熱處理(溫度為300°C，保溫時間8h)后其致密度為 98.4%, UTS=353.7MPa, YTS=339.5MPa, Elongation=25.4%,斷面收縮率Ψ=45.3%，導(dǎo)電性為 93.2%IACS，硬度為 56.2HBW。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將純度大于99%、粒徑為2?20 μ m的銅粉裝入Φ 50mm擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加5 X IO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至360°C后保溫15min，最后控制擠壓比為8.07:1，溫度為360°C，擠壓形成棒材，即得到Φ17.6mm的純銅棒材。
[0031]實(shí)施例5
[0032]將純度大于99%，粒徑為20?50 μ m的銅粉裝入Φ 50mm擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加6 X IO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至450°C后保溫12min，最后控制擠壓比為12.75:1，溫度為450°C，擠壓形成棒材，即得到Φ14πιπι的純銅棒材。
[0033]實(shí)施例6
[0034]將純度大于99%，粒徑為50?100 μ m的銅粉裝入Φ 50mm擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加9 X IO5N的壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至400°C后保溫15min，最后控制擠壓比為17.36:1，溫度為400°C，擠壓形成棒材，即得到Φ12πιπι的純銅棒材。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，其特征在于，將銅粉裝入擠壓模具中，并通過擠壓機(jī)施加壓力進(jìn)行預(yù)緊實(shí)，維持預(yù)緊實(shí)壓力將擠壓模具和銅粉一同加熱至360?450°C后保溫10?15min，最后擠壓形成棒材，即得到高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，其特征在于，所述銅粉的純度大于99%，粒徑為2?100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，其特征在于，所述預(yù)緊實(shí)壓力為5?10X105N。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性純銅棒材的制備方法，其特征在于，所述擠壓的擠壓比為8?25:1，溫度為360?450°C。
【文檔編號】B22F5/12GK103949644SQ201410133299
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】徐春杰, 陳利萍, 田軍, 代盼, 梁淑華 申請人:西安理工大學(xué)