专利名称：一种稀土氧化物弥散强化铜的制备方法
技术领域：
本发明属金属基复合材料及制备领域。
背景技术：
高强高导铜合金(复合材料)主要包括沉淀强化铜合金和弥散强化铜基复合材料。以Cu-Cr合金为代表的沉淀强化铜合金因位错切割与铜基体有共格关系的强化粒子(Cr颗粒)而具有高的强度，但其抗高温软化能力差。以Cu-Al2O3合金为代表的弥散强化铜基复合材料因Al2O3粒子闻的热力学稳定性而具有优良的抗闻温软化能力，但Al2O3粒子的Orowan强化机制(位错绕过强化粒子)的强化效果比不上位错切割粒子带来的强化效果。因此，兼有沉淀强化铜合金的高强度和弥散强化铜合金的优良抗高温软化能力是高强高导铜合金(复合材料)的发展方向。
Y2O3等稀土氧化物一直被认为是铜基复合材料最为合适的弥散强化相。这是因为稀土氧化物不仅与Al2O3粒子一样具有高的热力学稳定性，而且其具有的类萤石结构与铜基体有位相匹配关系，在合适的情况下能和Cu-Cr合金中Cr颗粒一样形成与铜基体有共格关系的相界面，从而带来尖晶石结构的Al2O3粒子所不能带来的切割粒子强化。除此之外，稀土元素在铜晶格中极低的固溶度和很小的扩散速率也会抑制稀土氧化物粒子的团聚和长大，从而有利于提高铜基复合材料的强度和改善其抗高温软化能力。然而，也正是由于稀土在铜中极小的固溶度导致了制备工艺上的困难。因为在固溶度范围内生成的Y2O3等稀土氧化物含量太少，达不到强化效果；一旦超过固溶度，钇等稀土元素会以金属间化合物的形式偏聚于晶界处，由这些金属间化合物氧化得到的Y2O3等稀土氧化物弥散度差，且粒子过于粗大，强化效果也很难达到。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种稀土氧化物弥散强化铜基复合材料的制备方法。本发明所述的稀土氧化物弥散强化铜的制备工艺按下列步骤。(I)合金熔炼将合金原料按配比中金属钇的质量分数为O. 4 1%，余料为铜的比例加入到真空中频感应炉中，预抽真空后开始熔炼,待合金原料全部熔化后浇铸成合金棒材。(2)轧制将步骤(I)中所制备的合金棒材轧制成厚度小于3_的合金薄板。(3)液相原位反应将步骤(2)中制备的合金薄板置于管式气氛炉中，炉中气氛为工业氮气，工业氮气中的残余氧作为液相原位反应过程中的供氧剂，工业氮气中的氧分压为10_3 10_6Pa，反应温度为合金的液相线温度，保温时间为2 5h。(4)还原步骤(3)反应完全后，待炉内温度降至50(T60(TC，将炉中气氛换为还原气体H2，保温f 2h，即可得弥散强化铜基复合材料。上述技术方案制备的氧化钇弥散强化铜基复合材料，克服了传统工艺制备弥散强化铜基复合材料中稀土氧化物偏聚的问题。由于元素Y在熔融状态下氧化，且合金的凝固在等温条件下进行，与传统技术制备的氧化铝弥散强化铜相比，液相原位反应得到的Y2O3粒子更细小小，分布更均匀。此外，Y2O3粒子和铜基体有共格取向关系，具有Al2O3弥散粒子不具有的沉淀强化(位错切割强化粒子机制)的效果。本发明相对于现有技术的优点有生成的稀土氧化物弥散相分布均匀、工艺流程简单、适合规模化工业生产。采用本发明制备的Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的抗拉强度大于580MPa，导电率超过90%IACS，软化温度高于900°C。具有较高的力学性能，优秀的导电性能和抗高温软化性能。本发明制备的Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料可应用于计算机集成电路引线框架、汽车工业用电阻焊电极、冶金工业用连铸机结晶器内衬、装备和运载火箭、电车及电力火车架空导线等，可明显提高使用性能和寿命。
图1是实施例1制备氧化钇弥散强化铜基复合材料的透射电镜照片。
图2为实施例4制备的氧化钇弥散强化铜合金XRD图。
具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。实施例1。厚度为Imm的Cu-0. 4Y (%,质量分数,下同)合金试样,尺寸为20mm X70mm,进行
液相原位反应，工艺步骤如下。(I)表面处理用360#砂纸打磨试样表面，去除表明氧化层，用酒精清洗干净。(2)液相原位反应气氛保护炉中，将合金试样加热到液相线温度1080°C保温2h，保护气为工业氮气，氮气中的氧分压为10，l(T6Pa。(3)还原气氛保护炉中，氢气还原，600°C Xlh。(4)对样品进行平整加工。经上述工序制备出氧化钇弥散强化铜基复合材料，Y2O3颗粒均匀分布于铜基体上，平均粒径为7nm，平均粒子间距为25nm，参见图1。性能为抗拉强度584MPa，电导率94%IACS，软化温度 880°C。实施例2。厚度为Imm的Cu-0. 6Y合金试样,尺寸为20mm X 70mm,进行液相原位反应,工艺步
骤如下。(I)表面处理用360#砂纸打磨试样表面，去除表明氧化层，用酒精清洗干净。(2)液相原位反应气氛保护炉中，将合金试样加热到液相线温度1078°C保温3h，保护气为工业氮气，氮气中的氧分压为10，l(T6Pa。(3)还原气氛保护炉中，氢气还原，600°C Xlh。(4)对样品进行平整加工。经上述工序制备出氧化钇弥散强化铜的性能为抗拉强度618MPa，电导率92. 7%IACS,软化温度 895 °C。实施例3。
厚度为Imm的Cu-0. 8Y合金试样，尺寸为20_ X 70_，进行液相原位反应，工艺步骤如下。(I)表面处理用360#砂纸打磨试样表面，去除表明氧化层，用酒精清洗干净。(2)液相原位反应气氛保护炉中，将合金试样加热到液相线温度1075°C保温4h，保护气为工业氮气，氮气中的氧分压为l(T3 l(T6Pa。(3)还原气氛保护炉中，氢气还原，600°C Xlh。(4)对样品进行平整加工。经上述工序制备出氧化钇弥散强化铜的性能为抗拉强度667MPa，电导率90. 2%IACS,软化温度 910°C。
实施例4。厚度为Imm的Cu-1. OY合金试样,尺寸为20_ X 70mm,进行液相原位反应,工艺步
骤如下。(I)表面处理用360#砂纸打磨试样表面，去除表明氧化层，用酒精清洗干净。(2)液相原位反应气氛保护炉中，将合金试样加热到液相线温度1073°C保温5h，保护气为工业氮气，氮气中的氧分压为l(T3 l(T6Pa。(3)还原气氛保护炉中，氢气还原，600°C X Ih0(4)对样品进行平整加工。经上述工序制备出氧化钇弥散强化铜的性能为抗拉强度723MPa，电导率89%IACS,软化温度 935 °C。
权利要求
1.一种稀土氧化物弥散强化铜的制备方法，其特征是按下列步骤 (1)合金熔炼将合金原料按配比中金属钇的质量分数为O.4 1%，余料为铜的比例加入到真空中频感应炉中，预抽真空后开始熔炼,待合金原料全部熔化后浇铸成合金棒材； (2)轧制将步骤(I)中所制备的合金棒材轧制成厚度为Imm的合金薄板； (3)液相原位反应将步骤(2)中制备的合金薄板置于管式气氛炉中，炉中气氛为工业氮气，工业氮气中的氧分压为10_，10_6Pa，反应温度为合金的液相线温度，保温时间为2 5h ； (4)还原步骤(3)反应完全后，待炉内温度降至50(T60(TC，将炉中气氛换为还原气体H2，保温f 2h，即可得弥散强化铜基复合材料。
全文摘要
一种稀土氧化物弥散强化铜的制备方法，其特征是将合金原料按配比中金属钇的质量分数为0.4~1%，余料为铜的比例熔化后浇铸成合金棒材；将合金棒材轧制成厚度为1mm的合金薄板；将合金薄板置于管式气氛炉中，炉中气氛为工业氮气，工业氮气氧分压为10-3~10-6Pa，反应温度为合金的液相线温度，保温时间为2~5h；待炉内温度降至500~600℃，将炉中气氛换为还原气体H2，保温1~2h，即可得弥散强化铜基复合材料。本发明制备的Y2O3颗粒弥散强化铜基复合材料的抗拉强度大于580MPa，导电率超过90%IACS，软化温度高于900℃。具有较高的力学性能，优秀的导电性能和抗高温软化性能。
文档编号C22C1/02GK102994798SQ20121035878
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者唐建成, 卓海鸥, 叶楠, 覃德清, 李婷 申请人:南昌大学