一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，该铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。本发明专利技术选取材料价格较低的锡材料取代银，从而降低材料的制作成本；添加Al2O3作为合金材料的弥散粒子，在保证合金材料导电性能的同时，提高材料的强度、硬度；提高材料的时效硬化处理效果，满足材料在400℃环境下的使用要求，提升了材料在导电部件中的使用年限。本发明专利技术还同时提供了这种铜基复合材料的制备方法，该方法通过对熔炼温度、熔炼时间、保温温度和时间、以及搅拌方式及速率等进行控制来有效地预防元素偏析，同时使增强相Al2O3的分布更加均匀，使该铜基复合材料的导电率和强度同时得到有效地改善。

【技术实现步骤摘要】
一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及铜基复合材料加工领域，具体涉及一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法。
技术介绍
TAg0.1银铜合金是一种合金材料，它通过在铜中加入少量的银，在不降低材料的导电、导热和塑形的同时，能够提高材料的软化温度(再结晶温度)和蠕变强度。该材料具有很好的耐磨性、导电性和耐腐蚀性，以及良好的导电、导热、耐蚀和加工性能等特点。但是该材料时效硬化的效果不显著，且易引起“氢病”，不宜在高温(如>370℃)还原性气氛中加工(退火、焊接等)和使用。而且，银的价格高，在工业中应用会明显提高材料的成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种铜基复合材料，该材料能够满足较高温度的使用环境，在行业内具有非常重大的现实意义。在现有技术中已有使用Al2O3作为增强相来提高铜基复合材料的强度的相关报道，但未曾有过将Al2O3添加到Cu-Sn合金中进行强化的相关记载。经专利技术人研究发现，将Al2O3添加到Cu-Sn合金中进行弥散强化时会出现Sn元素偏析的问题。因此，为了克服上述问题以及实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。进一步地，该铜基复合材料中各组分的质量百分比为Sn0.05-0.25％、Al2O30.1-0.5％以及余量的铜。进一步地，该Al2O3的粒径小于100μm。进一步地，该Al2O3的粒径介于10μm与100μm之间。粒径太小的Al2O3生产成本高，而Al2O3粒径太大会影响最终制备复合材料的导电性。本专利技术选取该粒径范围内的Al2O3作为原料便于工业生产，同时节省成本，对导电性的影响也比较小。进一步地，其中Cu为电解铜。进一步地，该铜基复合材料的抗拉强度大于310MPa，伸长率大于10％，硬度大于120HB，使用环境温度高达450℃，弹性模量为125GPa，导电率为100％IACS；铜基复合材料中，铁的质量百分含量不大于0.01％，铅的质量百分含量不大于0.01％。本专利技术选取材料价格较低的锡材料取代银，从而降低材料的制作成本；添加Al2O3作为合金材料的弥散粒子，在保证合金材料导电性能的同时，提高材料的强度、硬度；提高材料的时效硬化处理效果，满足材料在400℃环境下的使用要求，提升了材料在导电部件中的使用年限。本专利技术同时还提供了这种用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至约1150℃并进行熔炼；2)将锡锭按照比例添加到熔炼炉中，继续熔炼，之后在约1100℃进行保温；3)将氧化铝粉末按照比例添加至保温完成的合金液当中，升温至1200℃-1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌完成后降温至约1050℃；4)对熔炼完成的铜合金水进行成分检测；5)开启振动装置及搅拌装置，同时进行铸造拉拔，按照预定的产品形状铸造毛坯型材；以及6)将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。进一步地，步骤1)的熔炼时间为50-60分钟；步骤2)的熔炼时间为10-15分钟，保温时间为20-30分钟。进一步地，步骤3)机械搅拌的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。进一步地，步骤5)中振动装置的振动频率设置为25-30次/秒，搅拌装置的搅拌速度为300r/min，拉拔速度为20mm/min。本专利技术的铜基复合材料的制备方法通过对熔炼温度、熔炼时间、保温温度和时间、以及搅拌方式及速率等进行控制来有效地预防元素偏析，同时使增强相Al2O3的分布更加均匀，使该铜基复合材料的导电率和强度同时得到有效地改善。具体实施方式应当理解，在示例性实施例中所示的本专利技术的实施例仅是说明性的。虽然在本专利技术中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本专利技术主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本专利技术的范围内。在不脱离本专利技术的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。实施例一按照质量百分比为Sn0.05％、Al2O30.1％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为100nm。其中原料中所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间50分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼15分钟，保温至1100℃，保温时间20分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1200℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。搅拌完成后降温至1050℃。采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内。开启振动装置及搅拌装置，振动频率设定为25次/秒，搅拌速度为300r/min。开启铸造拉拔设备，拉拔速度为20mm/min。按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度设定在1050℃。将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。按照本实施例的方法所制备得到的铜基复合材料(标记为LZCuSn0.05-0.1Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：表1实施例二按照质量百分比为Sn0.2％、Al2O30.3％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为10μm。其中电解铜所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间55分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼10分钟，保温至1100℃，保温时间为25分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末按照比例添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15min。搅拌完成后降温至1050℃。采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内。开启振动装置及搅拌装置，振动频率设定为30次/秒，搅拌速度为300r/min。开启铸造拉拔设备，拉拔速度为20mm/min。按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度设定在1050℃。将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。按照本实施例的方法所制备得到的铜基复合材料(标记为LZCuSn0.2-0.3Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：表2实施例三按照质量百分比为Sn0.25％、Al2O30.5％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为100μm。其中电解铜所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间60分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼15分钟，保温至1100℃，保温时间为30分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1210℃，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。

【技术特征摘要】
1.一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。2.根据权利要求1所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料中各组分的质量百分比为Sn0.05-0.25％、Al2O30.1-0.5％以及余量的铜。3.根据权利要求2所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Al2O3的粒径小于100μm。4.根据权利要求3所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Al2O3的粒径介于10μm与100μm之间。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Cu为电解铜。6.根据权利要求1-4任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料的抗拉强度大于310MPa，伸长率大于10％，硬度大于120HB，使用环境温度高达450℃，弹性模量为125GPa，导电率为100％IACS；所述铜基复合材料中，铁的质量百分含量不大于0.01％，铅的质量百分含量不大于0.01％。7.一种如权利要求1-6任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞，赵勇，埃塞尔·赛，佐罗叶斯夫·丹尼斯，
申请(专利权)人：苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32