粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其包括將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料；再對(duì)上述銅鎳鋁合金材料進(jìn)行熱處理。本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時(shí)間較短，合金元素來(lái)不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)粉末冶金法制備的銅基合金材料具有較高的硬度和強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】
粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及銅基合金材料，具體說(shuō)是粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅及銅合金是應(yīng)用最早的金屬材料之一，被廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸、建筑、電氣、電子等工業(yè)部門；其中電氣電子工業(yè)耗銅量較大，主要用于制造電線、通訊電纜等。銅及銅合金一般無(wú)磁性，具有良好的可焊接性能、拋光性能和表面處理性能等。而在銅中摻鎳能顯著提高耐蝕性、強(qiáng)度、硬度、電阻，并降低電阻率溫度系數(shù)。
[0003]粉末冶金技術(shù)是用金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末混合料經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)制取金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的技術(shù)，其是一種無(wú)切肩或少切肩的加工方法，金屬利用率幾乎達(dá)到100%，具有生廣率尚、材料利用率尚等優(yōu)點(diǎn)。而銅基粉末冶金材料由于承載能力、抗腐蝕和抗磨損能力較強(qiáng)，被用于制備鎖體、照相機(jī)快門機(jī)構(gòu)、齒輪、凸輪等。但現(xiàn)有利用粉末冶金技術(shù)制備的銅基材料硬度和強(qiáng)度不夠，影響材料的使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可制備硬度較大、強(qiáng)度較高的銅基復(fù)合材料的方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟:
(1)將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；
(2)將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；
(3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；
(4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；
(5)將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料；
(6)再對(duì)上述銅鎳鋁合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理。
[0006]作為優(yōu)選，在鋁粒、銅粒和鎳粒中，鎳的含量為10wt%，鋁的含量為I一2 wt %，余量為銅。
[0007]作為優(yōu)選，擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，壓力為1000—1200MPa。
[0008]作為優(yōu)選，熱壓燒結(jié)時(shí)，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700 °C溫度燒結(jié)20—30s。
[0009]作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理。
[0010]作為優(yōu)選，固溶處理的溫度為650—700°C，時(shí)間為10—12min。
[0011 ] 作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。
[0012]作為優(yōu)選，時(shí)效處理的溫度為300—350°C，時(shí)間為2—3h。
[0013]作為優(yōu)選，球磨時(shí)間為18—22h，球料比為4.5:1 從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時(shí)間較短，合金元素來(lái)不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)粉末冶金法制備的銅基合金材料具有較高的硬度和強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0015]粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟:
以鋁、銅、鎳粒為原料，并按鎳的含量為10wt%、鋁的含量為I一2 wt %、余量為銅進(jìn)行配料;然后將鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，以除去合金帶表面的氧化層，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉;球磨時(shí)間為18—22h，球料比為4.5:1。
[0016]將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料;在擠壓過(guò)程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機(jī)沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側(cè)壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動(dòng)，模具中的粉末被逐漸壓實(shí)，從而通過(guò)模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產(chǎn)率高;接著對(duì)上述擠壓成型獲得的銅鎳鋁合金材料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)分三階段進(jìn)行，先以280—320°C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700 °C溫度燒結(jié)20—30s;第一階段屬于燒結(jié)準(zhǔn)備階段，為進(jìn)一步地?zé)Y(jié)凈化環(huán)境;第二階段隨著溫度的升高，合金物質(zhì)顆粒之間開(kāi)始形成燒結(jié)頸，并相互結(jié)合，顆粒表面氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，從而繼續(xù)參與燒結(jié)，顆粒間的結(jié)合封閉了相互之間的空隙；第三個(gè)階段的燒結(jié)溫度更高，顆粒間的燒結(jié)頸進(jìn)一步長(zhǎng)大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進(jìn)一步收縮、球化，從而提高制備材料的強(qiáng)度和硬度。
[0017]對(duì)上述粉末冶金材料進(jìn)行熱處理;熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理；固溶處理的溫度為650—700 °C，時(shí)間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大小；固溶溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金強(qiáng)度；固溶溫度過(guò)低，晶粒雖較小，但會(huì)導(dǎo)致后續(xù)時(shí)效處理難以發(fā)揮強(qiáng)化合金的作用。
[0018]作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%;時(shí)效處理前對(duì)合金進(jìn)行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重效果;時(shí)效處理的溫度為300—350°C，時(shí)間為2—3h;時(shí)效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。
[0019]實(shí)施例1
將Iwt %鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入89wt %銅粒和1(^丨%鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用100MPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以280 0C的溫度燒結(jié)30 s，然后以500 °(:溫度燒結(jié)60s，再以650 °(:溫度燒結(jié)30 s;隨后以650 °C固溶處理12min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%;最后以300 °C時(shí)效處理3h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測(cè)得該材料的硬度為38.3HRC，剪切強(qiáng)度為582.4MPa，體積密度為 7.28g/cm30
[0020]實(shí)施例2
將1.5 wt %招粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入88.5 wt %銅粒和10的%鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用IlOOMPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以300 0C的溫度燒結(jié)25s，然后以560 °(:溫度燒結(jié)50s，再以680 °C溫度燒結(jié)25s;隨后以680 °C固溶處理I Imin;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%;最后以330 °C時(shí)效處理2.5 h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測(cè)得該材料的硬度為4 6.1H R C，剪切強(qiáng)度為593.3MPa，體積密度為 7.69g/cm3。
[0021]實(shí)施例3
將2 wt %招粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入88wt %銅粒和1(^丨%鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料，接著以320 °C的溫度燒結(jié)20 s，然后以600 °C溫度燒結(jié)40 s，再以700 °C溫度燒結(jié)20 s;隨后以700 °C固溶處理1min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%;最后以350 °C時(shí)效處理2h，得到銅鎳鋁粉末冶金材料。測(cè)得該材料的硬度為38.9HRC，剪切強(qiáng)度為583.1MPa，體積密度為 7.56g/cm30
[0022]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在【具體實(shí)施方式】以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟: (I)將鋁粒置于加熱爐中，鋁粒溶解后加入銅粒和鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液； (2 )將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶； (3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥； (4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉； (5 )將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到銅鎳鋁合金材料； (6)再對(duì)上述銅鎳鋁合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:在鋁粒、銅粒和鎳粒中，鎳的含量為10wt%，鋁的含量為I一2 wt %，余量為銅。3.如權(quán)利要求1所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，壓力為1000—1200MPa。4.如權(quán)利要求1所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:熱壓燒結(jié)時(shí)，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700°(:溫度燒結(jié)20—30s。5.如權(quán)利要求4所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理。6.如權(quán)利要求5所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:固溶處理的溫度為650—700°C，時(shí)間為10—12min。7.如權(quán)利要求5所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。8.如權(quán)利要求5所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:時(shí)效處理的溫度為300—350°C，時(shí)間為2—3h。9.如權(quán)利要求1所述粉末冶金法制備銅基復(fù)合材料的方法，其特征在于:球磨時(shí)間為18—22h，球料比為4.5:1。
【文檔編號(hào)】B22F9/04GK106065445SQ201610606682
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日
【發(fā)明人】易鑒榮, 唐臻, 林荔珊
【申請(qǐng)人】柳州豪祥特科技有限公司