一種超大尺寸滾輪及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超大尺寸滾輪及其制備方法。在本發(fā)明中，通過在銅基體中加入高溫性能穩(wěn)定的氧化物相粒子制備得到，使材料在保持它的高導(dǎo)電性的同時，最大限度的提高銅合金材料的強度，該材料強度高、導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率好，抗軟化溫度高，將Al2O3彌散強化銅材料粉末進行冷等靜壓成型為坯料、包套抽氣封口處理，熱等靜壓致密化，加工成￠300mm后切片加工后最終得到超大尺寸滾輪。本發(fā)明的超大尺寸滾輪在高溫狀態(tài)下依然能保持本身良好的強度、硬度、軟化溫度以及導(dǎo)電率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高性能材料制造領(lǐng)域，尤其涉及一種超大尺寸滾輪及其制備方法。 一種超大尺寸滾輪及其制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有加工大直徑導(dǎo)電滾輪的方法是利用熔鑄工藝澆鑄制取坯料，進行自由鍛造、 機械加工。利用熔鑄工藝，材料的成分大多是Cu-Cr、Cu-Cr-Zr系列合金，屬于固溶強化合 金材料，難以克服的缺陷是在較低溫度下約在固溶溫度的一半時，將失去它們的大部分強 度，因而在高溫環(huán)境下（500°C以上），合金材料強度、硬度下降，導(dǎo)致滾輪軟化變形性能下 降的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種超大尺寸滾輪及其制備方法，旨在克服澆鑄合金加工 大直徑滾輪所存在的導(dǎo)電材料高溫性能差的缺陷。
[0004] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種超大尺寸滾輪的制備方法，包括以下步驟：
[0005] (1)將A1203彌散強化銅材料進行冷等靜壓成型為坯料，使其均勻致密得到坯錠；
[0006] (2)將所述坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理；
[0007] (3)將所述包套后的坯錠進行熱等靜壓致密化后，加工成0 300mm的滾輪輪坯；
[0008] (4)將所述滾輪輪坯按照技術(shù)要求進行切片加工，得到超大尺寸滾輪。
[0009] 優(yōu)選地，所述冷等靜壓成型具體為：
[0010] 在密實振動設(shè)備上，把A1203彌散強化銅材料填充在冷等靜壓設(shè)備的橡皮袋內(nèi)，利 用冷等靜壓成型工藝制備尺寸為0 330 X 250mm，相對密度為86?90%的坯料。
[0011] 優(yōu)選地，所述進行不同階段加溫抽氣封口處理具體為：
[0012] 將所述坯錠裝入包套中，先將包套預(yù)除氣到真空度為10Pa，在溫度150°C? 250°C，250°C?350°C、350°C?450°C三個溫度段進行除氣，每一溫度段除氣的真空度達到 10Pa以上后，再升溫到下一溫度段。在溫度450°C時，真空度達到10Pa以上后封口。
[0013] 優(yōu)選地，所述包套后的坯錠進行熱等靜壓致密化具體為：
[0014] 將包套后的坯錠置于熱等靜壓設(shè)備中，通入高純氬氣，分段升溫，并在900°C、壓力 為100?105MPa時保溫45分鐘后冷卻至室溫取出。
[0015] 優(yōu)選地，所述A1203彌散強化銅材料通過以下步驟制備：
[0016] A、在中頻感應(yīng)電爐熔煉電解銅，待電解銅熔化后降低電爐功率至20?30KW，加入 銅：錯含量為1:1的銅-鋁中間合金，使溶液中的A1含量在0.5?0.6%范圍，提高電爐功 率使合金熔液過熱到1150?1250°C，保溫10?15分鐘，用惰性霧化氣體霧化成粉末，在 100?150°C烘烤并篩分出粒徑不大于150um的銅-鋁合金粉末；
[0017] B、將所述銅-鋁合金粉末在導(dǎo)氧設(shè)備導(dǎo)氧機上連續(xù)作業(yè)，溫度控制在350? 450°C，使合金粉末顆粒表面反應(yīng)生成一層氧化膜；
[0018] C、將生成氧化膜后的銅-鋁合金粉置于爐體氧化鋁生長爐中，密封升溫，在溫度 達到600?800°C時，保溫120分鐘，然后降溫至100°C以下取出，得到彌散銅-鋁合金粉 末；
[0019] D、將所述彌散銅-鋁合金粉末經(jīng)過粉碎、篩分、磁選以及還原后得到A1203彌散強 化銅材料。
[0020] 優(yōu)選地，所述霧化介質(zhì)為氮氣或氬氣。
[0021] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，首先提供一種A1203彌散強化銅材料及其制備方法。 為了改善銅及銅合金在高溫下強度不足的缺陷，在本發(fā)明中，A1 203彌散強化銅材料的制備 過程中，通過在銅基體中加入高溫性能穩(wěn)定的氧化物相粒子，使材料在保持它的高導(dǎo)電性 的同時，最大限度的提高銅合金材料的強度。A1 203彌散強化銅材料粉末是通過向銅基體中 引入均勻分布、細(xì)小具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性的氧化鋁顆粒，強化銅基體而制得的材料。該材料不 但強度高，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率也非常好，更具特征的是材料處在高溫環(huán)境下，它比任何銅合金 能保持的強度都高，即優(yōu)良的抗軟化溫度。這一特征主要是來自均勻分布在銅基體中微小 的氧化鋁顆粒。
[0022] 本發(fā)明的A1203彌散強化銅材料是一種具有優(yōu)良物理性能和力學(xué)性能的功能材 料，可以廣泛應(yīng)用于集成電路的引線框架、各種點焊、高檔轎車車身點焊、滾焊電極、觸頭材 料、電動工具換向器、高速電氣化鐵路架空線、大功率異步牽引電動機轉(zhuǎn)子、高脈沖磁場導(dǎo) 體材料，航空航天導(dǎo)體材料。
[0023] 在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明進一步提供了利用上述A1203彌散強化銅材料制備一種超大 尺寸滾輪材料及其制備方法。
[0024] 在本發(fā)明中，通過將A1203彌散強化銅材料進行冷等靜壓成型為坯料，使其均勻致 密得到坯錠；然后將坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理；然后將包套后的坯 錠進行熱等靜壓致密化后，加工成0 300mm的滾輪輪坯；最后對滾輪輪坯按照技術(shù)要求進 行切片加工，得到超大尺寸滾輪。
[0025] 在本發(fā)明中，利用A1203彌散強化銅粉末原料，根據(jù)超大尺寸導(dǎo)電滾輪的材料與 加工特性，相應(yīng)的使用液壓機、冷等壓機、擠壓機、熱等靜壓機、高速鍛錘以及模具加工成 形。利用A1 203相彌散強化銅粉末制備技術(shù)、包套技術(shù)、等靜壓技術(shù)來制備含有陶瓷成分材 料的大直徑導(dǎo)電滾輪，使常規(guī)條件下難以加工的材料變?yōu)榭尚?。實現(xiàn)超大直徑滾輪在高溫 (900°C以上）達到高強度、高導(dǎo)電、高軟化，解決普通澆注材料在高溫（500°C)以上強度低， 容易軟化的缺陷。
[0026] 此外，在本發(fā)明中，熱等靜壓非致密性粉料物品時，包套起著非常關(guān)鍵性的作用。 包套相當(dāng)于模具，是裝填粉料的容器，同時又是氣密性的。因為裝好料后，要進行真空抽氣， 排除粉料中的氣體、濕氣與容易揮發(fā)性的雜質(zhì)成分，封口后熱壓。再熱壓過程中，必須保證 壓力介質(zhì)（氬氣）不會進入粉料的空隙中，從而確保熱等靜壓的順利進行。如果沒有氣密 性的包套，或者包套有孔洞等缺陷，高壓氣體就會進入粉料空隙，就不能壓成部件，或部件 產(chǎn)品的質(zhì)量很差。即使有少量的氣體（〇.5ppm)進入粉料的基體，都會使熱壓體的質(zhì)量大大 降低，甚至報廢。根據(jù)包套的作用，選擇、設(shè)計包套時，必須遵循幾個基本原則：1、包套材料 不應(yīng)與粉料發(fā)生反應(yīng)；2、包套材料必須適應(yīng)所選定的溫度、壓力特性；3、包套本身的氣密 性要可靠；4、包套應(yīng)易于加工成形。

【具體實施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0028] 實施例1
[0029] A1203彌散強化銅材料的制備方法，包括以下步驟：
[0030] (1)在中頻感應(yīng)電爐熔煉電解銅，待電解銅熔化后降低電爐功率至30KW，加入銅： 鋁含量為1:1的銅-鋁中間合金，使溶液中的A1含量在0. 5%范圍，再提高電爐功率到滿負(fù) 荷，使合金熔液過熱到1150°C，保溫15分鐘。使用氮氣霧化介質(zhì)霧化制取所需化學(xué)成分的 銅-鋁合金粉末原料。在150°C下烘烤粉末原料，經(jīng)過篩分合批獲取粒度在150um以下合格 的銅-錯合金粉末。
[0031] (2)合金粉低溫導(dǎo)氧：將銅-鋁合金粉末在專用導(dǎo)氧設(shè)備導(dǎo)氧機上連續(xù)作業(yè)，溫度 控制在450 °C，使合金粉末顆粒表面反應(yīng)生成一層氧化膜。
[0032] (3)氧化鋁相原位生長：將導(dǎo)入氧源的銅-鋁合金粉置于特制的爐體氧化鋁生長 爐中，密封升溫。當(dāng)溫度達到800°C時，保溫120分鐘，然后降溫至100°C以下取出。
[0033] (4)經(jīng)粉碎機粉碎一振動篩篩分一磁選設(shè)備磁選一還原爐還原即成為加工高強 度、高導(dǎo)電、高軟化溫度的A1 203彌散強化銅材料1。
[0034] 實施例2
[0035] A1203彌散強化銅材料的制備方法，包括以下步驟：
[0036] (1)在中頻感應(yīng)電爐熔煉電解銅，待電解銅熔化后降低電爐功率至20KW，加入銅： 鋁含量為1:1的銅-鋁中間合金，使溶液中的A1含量在0. 6%范圍，再提高電爐功率到滿負(fù) 荷，使合金熔液過熱到1200°C，保溫10分鐘。使用氬氣霧化介質(zhì)霧化制取所需化學(xué)成分的 銅-鋁合金粉末原料。在l〇(TC下烘烤粉末原料，經(jīng)過篩分合批獲取粒度在150um以下合格 的銅-錯合金粉末。
[0037] (2)合金粉低溫導(dǎo)氧：將銅-鋁合金粉末在專用導(dǎo)氧設(shè)備導(dǎo)氧機上連續(xù)作業(yè)，溫度 控制在450 °C，使合金粉末顆粒表面反應(yīng)生成一層氧化膜。
[0038] (3)氧化鋁相原位生長：將導(dǎo)入氧源的銅-鋁合金粉置于特制的爐體氧化鋁生長 爐中，密封升溫。當(dāng)溫度達到800°C時，保溫120分鐘，然后降溫至100°C以下取出。
[0039] (4)經(jīng)粉碎機粉碎一振動篩篩分一磁選設(shè)備磁選一還原爐還原即成為加工高強 度、高導(dǎo)電、高軟化溫度的A1 203彌散強化銅材料2。
[0040] 實施例3
[0041] A1203彌散強化銅材料的制備方法，包括以下步驟：
[0042] (1)在中頻感應(yīng)電爐熔煉電解銅，待電解銅熔化后降低電爐功率至25KW，加入銅： 鋁含量為1:1的銅-鋁中間合金，使溶液中的A1含量在0.6%范圍，再提高電爐功率到滿 負(fù)荷，使合金熔液過熱到1250°C，保溫12分鐘。使用氮氣或氬氣霧化介質(zhì)霧化制取所需化 學(xué)成分的銅-鋁合金粉末原料。在130°C下烘烤粉末原料，經(jīng)過篩分合批獲取粒度在150um 以下合格的銅_錯合金粉末。
[0043] (2)合金粉低溫導(dǎo)氧：將銅-鋁合金粉末在專用導(dǎo)氧設(shè)備導(dǎo)氧機上連續(xù)作業(yè)，溫度 控制在40(TC，使合金粉末顆粒表面反應(yīng)生成一層氧化膜。
[0044] (3)氧化鋁相原位生長：將導(dǎo)入氧源的銅-鋁合金粉置于特制的爐體氧化鋁生長 爐中，密封升溫。當(dāng)溫度達到700°C時，保溫120分鐘，然后降溫至100°C以下取出。
[0045] (4)經(jīng)粉碎機粉碎一振動篩篩分一磁選設(shè)備磁選一還原爐還原即成為加工高強 度、高導(dǎo)電、高軟化溫度的A1 203彌散強化銅材料3。
[0046] 實施例4
[0047] 一種超大尺寸滾輪的制備方法，包括以下步驟：
[0048] (1)將實施例1制備的A1203彌散強化銅材料1在密實振動設(shè)備上填充在冷等靜 壓設(shè)備的橡皮袋內(nèi)，利用冷等靜壓成型工藝制備尺寸為0 350mm，相對密度為90%的坯錠。
[0049] (2)將坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理。其中，不同階段加溫抽 氣封口處理具體為：將坯錠裝入包套中，先將包套預(yù)除氣到真空度為l〇Pa，在溫度150°C? 250°C，250°C?350°C、350°C?450°C三個溫度段進行除氣，每一溫度段除氣到真空度為 10Pa以上后再升溫到下一溫度段。在溫度450°C真空度達到10Pa以上時方可封口。
[0050] (3)將包套后的坯錠置于熱等靜壓設(shè)備中，通入高純氬氣，分段升溫，并在900°C、 壓力為105MPa時保溫45分鐘后冷卻至室溫取出，加工成0 300mm的滾輪輪坯。
[0051] (4)將滾輪輪坯按照技術(shù)要求進行切片加工，得到超大尺寸滾輪1。
[0052] 實施例5
[0053] -種超大尺寸滾輪的制備方法，包括以下步驟：
[0054] (1)將實施例2制備的A1203彌散強化銅材料2在密實振動設(shè)備上填充在冷等靜 壓設(shè)備的橡皮袋內(nèi)，利用冷等靜壓成型工藝制備尺寸為0 350mm，相對密度為86%的坯錠。
[0055] (2)將坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理。其中，不同階段加溫抽 氣封口處理具體為：將坯錠裝入包套中，先將包套預(yù)除氣到真空度為l〇Pa，在溫度150°C? 250°C，250°C?350°C、350°C?450°C三個溫度段進行除氣，每一溫度段除氣到真空度為 10Pa以上時再升溫到下一溫度段。在溫度450°C真空度達到10Pa以上時方可封口。
[0056] (3)將包套后的坯錠置于熱等靜壓設(shè)備中，通入高純氬氣，分段升溫，并在900°C、 壓力為lOOMPa時保溫60分鐘后冷卻至室溫取出，加工成0 300mm的滾輪輪坯。
[0057] (4)將滾輪輪坯按照技術(shù)要求進行切片加工，得到超大尺寸滾輪2。
[0058] 實施例6
[0059] -種超大尺寸滾輪的制備方法，包括以下步驟：
[0060] (1)將實施例3制備的A1203彌散強化銅材料3在密實振動設(shè)備上填充在冷等靜 壓設(shè)備的橡皮袋內(nèi)，利用冷等靜壓成型工藝制備尺寸為0 330 X 250mm，相對密度為86 %的 坯錠。
[0061] (2)將坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理。其中，不同階段加溫抽 氣封口處理具體為：將坯錠裝入包套中，先將包套預(yù)除氣到真空度為l〇Pa，在溫度150°C? 250°C，250°C?350°C、350°C?450°C三個溫度段進行除氣，每一溫度段除氣到真空度為 10Pa以上時再升溫到下一溫度段，在溫度450°C真空度達到10Pa以上時方可封口。
[0062] (3)將包套后的坯錠置于熱等靜壓設(shè)備中，通入高純氬氣，分段升溫，并在900°C、 壓力為105MPa時保溫45分鐘后冷卻至室溫取出，加工成0 300mm的滾輪輪坯。
[0063] (4)將滾輪輪坯按照技術(shù)要求進行切片加工，得到超大尺寸滾輪3。
[0064] 對比實施例
【權(quán)利要求】
1. 一種超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將A1203彌散強化銅材料進行冷等靜壓成型為坯料，使其均勻致密得到坯錠； (2) 將所述坯錠包入包套，進行不同階段加溫抽氣封口處理； (3) 將所述包套后的坯錠進行熱等靜壓致密化后，加工成C 300mm的滾輪輪坯； (4) 將所述滾輪輪坯按照技術(shù)要求進行切片加工，得到超大尺寸滾輪。
2. 如權(quán)利要求1所述的超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于，所述冷等靜壓成型具 體為： 在密實振動設(shè)備上，把A1203彌散強化銅材料在密實振動設(shè)備上填充在冷等靜壓設(shè)備 的橡皮袋內(nèi)，利用冷等靜壓成型工藝制備尺寸為0 330 X 250mm，相對密度為86?90 %的坯 料。
3. 如權(quán)利要求2所述的超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于，所述進行不同階段加 溫抽氣封口處理具體為： 將所述坯錠裝入包套中，先將包套預(yù)除氣到真空度為l〇Pa，在溫度150°C?250°C， 250°C?350°C、350°C?450°C三個溫度段進行除氣，每一溫度段除氣的真空度達到10Pa以 上后，再升溫到下一溫度段，在溫度450°C時，真空度達到10Pa以上后封口。
4. 如權(quán)利要求3所述的超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于，所述包套后的坯錠進 行熱等靜壓致密化具體為： 將包套后的坯錠置于熱等靜壓設(shè)備中，通入高純氬氣，分段升溫，并在900°C、壓力為 100?105MPa時保溫45分鐘后冷卻至室溫取出。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項所述的超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于，所述A1203 彌散強化銅材料通過以下步驟制備： A、 在中頻感應(yīng)電爐熔煉電解銅，待電解銅熔化后降低電爐功率至20?30KW，加入銅： 鋁含量為1:1的銅-鋁中間合金，使溶液中的A1含量在0. 5?0. 6 %范圍，提高電爐功率 使合金熔液過熱到1150?1250°C，保溫10?15分鐘，用惰性氣體霧化成粉末，在100? 150°C烘烤并篩分出粒徑不大于150um的銅-鋁合金粉末； B、 將所述銅-鋁合金粉末在導(dǎo)氧設(shè)備導(dǎo)氧機上連續(xù)作業(yè)，溫度控制在350?450°C，使 合金粉末顆粒表面反應(yīng)生成一層氧化膜； C、 將生成氧化膜后的銅-鋁合金粉置于爐體氧化鋁生長爐中，密封升溫，在溫度達到 600?800°C時，保溫120分鐘，然后降溫至100°C以下取出，得到彌散銅-鋁合金粉末； D、 將所述彌散銅-鋁合金粉末經(jīng)過粉碎、篩分、磁選以及還原后得到A1203彌散強化銅 材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的超大尺寸滾輪的制備方法，其特征在于，所述霧化介質(zhì)為氮氣 或氦氣。
【文檔編號】B22F3/12GK104084585SQ201410291098
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】彭茂公, 亢若谷, 田偉平, 張家敏 申請人:云南科力新材料有限公司