一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高导弥散强化铜合金，包括铜基、陶瓷弥散强化相和掺杂元素，其中陶瓷弥散强化相为占铜合金质量分数为０．１％～２％的ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２中的一种或几种，掺杂元素占铜合金质量分数为０．１％～１％的Ｎｉ、Ｙ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ和Ｈｆ中的一种或几种。本发明专利技术解决了铜与陶瓷的界面结合性能差而导致的陶瓷颗粒团聚的问题、陶瓷颗粒在烧结中出现的粗化问题以及电子在铜与陶瓷界面的散射而引起的材料导电性能下降问题，获得了更高的硬度和电导率的弥散强化铜合金。本发明专利技术还涉及了这种高强高导弥散强化铜合金的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜基有色合金，尤其是一种高强高导弥散强化铜合金。本发 明还涉及该高强高导弥散强化铜合金的制备方法。
技术介绍
弥散强化铜(DSC)是一种具有优异力学性能，同时又具备良好导电导热性的高性 能功能材料。作为重要的功能材料，弥散强化铜已在汽车、焊接电极、引线框架、微波器件等 工业领域中得到了广泛的应用。通过添加少量的第二相颗粒，弥散强化铜在保持铜合金良 好导电导热性同时又提高了其机械强度。弥散强化的实质是利用均勻弥散的超细微粒阻碍 位错运动从而提高材料在高温条件下的力学性能，其均勻弥散第二相的强化作用既提高 了材料的高温强度和硬度，又不会明显降低合金的导电性能，从而使该材料具有良好的综 合性能。陶瓷颗粒由于具有很好的强度、优异的高温力学稳定性以及耐腐蚀性，因此通常 作为弥散强化铜增强相的首选材料。然而，由于铜的晶体结构与陶瓷的晶体结构差别较大， 因此铜与陶瓷有着较差的界面性能。由于较差的界面性能容易导致陶瓷颗粒的团聚，并且 容易在界面处形成缺陷，从而降低材料的力学性能。由于增强相在弥散强化铜合金中的质 量分数一定时，增强相颗粒粒径越小，则其在基体中的弥散度也越高，材料强度也将更高。 因此，尽可能减小增强相颗粒的粒径并避免它们在烧结和退火过程中的长大是制备高强高 导弥散强化铜合金的关键。目前国内外已经开发出众多弥散强化铜的制备工艺来制备具有高度细化弥散增 强相颗粒的铜合金，主要包括粉末冶金法(机械混合法)、机械合金化法、复合电沉积法和混 合铸造法、内氧化法和反应喷射沉积法等。其中，通过机械合金化法或机械合金化法与内氧 化法相结合的方法来制备弥散强化铜，具有生产效益高，产品质量好等优点，因此这些方法 在弥散强化铜的商业制备中使用非常普遍。它们的基本原理为，通过高能球磨或内氧化的 方式使陶瓷增强相扩散溶解于铜基体中，由于陶瓷增强相溶于铜基体是一种非平衡态，在 高温烧结过程中这些陶瓷相将弥散析出从而达到很好的细化和弥散效果。然而，机械合金化法或机械合金化与内氧化结合的方法存在一个很大的缺陷，那 就是陶瓷增强相在弥散析出的过程中将优先依附于那些未溶解的陶瓷颗粒为核长大，从而 容易导致陶瓷增强相的粗化，降低陶瓷颗粒的弥散度。此外，由于陶瓷具有较差的导电性，当以陶瓷作为弥散强化铜增强相时，将不可避 免的降低弥散强化铜合金的导电性能。陶瓷增强相影响合金导电性的基本原理为铜与陶 瓷有着不同的热膨胀系数，热膨胀系数差异造成的内应力将会导致晶格畸变，从而引起陶 瓷弥散相周围的位错密度增加，再加上陶瓷颗粒本身导电性差，使得电子在传输过程中容 易在铜与陶瓷界面处发生散射，从而降低材料的电导率。因此，通过传统的改进弥散强化铜 制备工艺的方法，并不能从根本上改变陶瓷增强颗粒降低弥散强化铜合金导电性的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种掺杂微量金属元素的高强高导弥散强化铜合金，这种铜合金具有 显著提高的力学和导电性能。本专利技术还提供这种高强高导弥散强化铜合金的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是一种高强高导弥散强化铜合金，包括铜基和陶瓷 弥散强化相，所述高强高导弥散强化铜合金还包括掺杂元素，所述掺杂元素为镍(M)、钇 (Y)、银(Ag)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)中的一种或两种或者多种。所述陶瓷弥散强化相优选为氧化锆(&02)、氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铝 (Al2O3)和硼化钛(TiB2)中的一种或两种或者多种，其在铜合金中所占质量分数为0. 1% 2%。其中所述掺杂元素在铜合金中所占质量分数优选为0. 1% 1%。本专利技术的高强高导弥散强化铜合金的制备方法，包括制备弥散强化铜合金粉末的 步骤，所述弥散强化铜合金粉末的制备步骤包括下列分步骤Al、采用水雾化法或者气雾化法分别制备含有锆(&)、钇(Y)、镁(Mg)和铝(Al)中的 至少一种弥散强化相金属元素的铜合金粉末，和含有镍(Ni)、钇(Y)、银(Ag)、钛(Ti)、锆 (Zr)和铪(Hf)中的至少一种金属掺杂元素的铜合金粉末；A2、向含有弥散强化相金属元素的铜合金粉末中添加氧化亚铜(Cu2O)粉末，混合后 进行高能球磨，将弥散强化相金属元素内氧化，其中所添加的氧化亚铜(Cu2O)和弥散强 化相金属元素的摩尔比为3 2 2 1，高能球磨中的球磨气氛为氩气(Ar)，球料比为 10 1 20 1，转速为300 500转/分(rpm)，球磨时间为10 15小时；A3、将含有掺杂元素的铜合金粉末加入上述内氧化后的铜合金粉末中，并继续进行高 能球磨，球磨气氛为氩气(Ar)，球料比为10 1 20 1，转速为300 500转/分(rpm)， 球磨5 10小时，即得弥散强化铜合金粉末。上述Al步骤中含有弥散强化相金属元素的铜合金粉末和含有金属掺杂元素的铜 合金粉末的平均粒径优选为0. 1 100微米，更优选为0. 1 75微米。上述A2步骤中氧 化亚铜(Cu2O)粉末的平均粒径优选0. 1 100微米，更优选为0. 1 53微米，进一步优选 为0. 1 19微米。所述弥散强化铜合金粉末还可通过以下Bl B2的分步骤来制备Bi、从氧化锆(&02)、氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)和硼化钛(TiB2)中 选取一种或两种或者多种用作陶瓷弥散强化相的粉末，从镍(Ni)、钇(Y)、银(Ag)、钛(Ti)、 锆(Zr)和铪(Hf)元素中选取一种或两种或者多种作为金属掺杂相的粉末，在空气或惰性 气体气氛中将所述用作陶瓷弥散强化相的粉末、作为金属掺杂相的粉末和铜粉混合；B2、将上述混合好的铜合金粉末进行高能球磨，球磨气氛为氩气(Ar)，球料比为 10 1 20 1，转速为300 500转/分(rpm)，球磨15 25小时，即得弥散强化铜合 金粉末。上述Bl步骤中用作陶瓷弥散强化相的粉末、作为金属掺杂相的粉末和铜粉的平 均粒径优选为0. 1 100微米，更优选为0. 1 75微米。弥散强化铜合金粉末制备好后，所述高强高导弥散强化铜合金的制备方法还包括 以下步骤还原退火将球磨后得到所述弥散强化铜合金粉末置于氢气(H2)气氛中进行退火处5理；烧结将退火后的弥散强化铜合金粉末热压烧结成型或者冷压压坯后烧结成型； 热挤压将烧结后的弥散强化铜合金型坯在500°C 800°C下挤压成棒材或型材。优选的，所述还原退火步骤中的退火时间为2 4小时，退火温度为300°C 550 "C。优选的，所述烧结步骤为热压烧结，热压压坯的压力为20MPa 50MPa，热压烧结 的温度为800°C 980°C，保温时间为2 4小时，烧结气氛为真空或无氧环境，优选为氢气 (H2)和氩气(Ar)的混合气。作为优选，所述烧结步骤为冷压压坯后烧结，冷压压坯的压力为400MPa 700MPa，压制成的生坯在800°C 980°C烧结成型，保温时间为2 4小时，烧结气氛为真空 或无氧环境，优选为氢气(H2)和氩气(Ar)的混合气。本专利技术通过在弥散强化铜合金材料中掺入一种或多种微量的金属无素Ni、Y、Ag、 Ti,Zr和Hf，这些微量掺杂元素在&02、Y203、Mg0、Al203和TiB2等陶瓷增强相与铜基体界面 上能够产生很好的偏聚，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高导弥散强化铜合金，包括铜基和陶瓷弥散强化相，其特征在于：所述高强高导弥散强化铜合金还包括掺杂元素，所述掺杂元素为Ｎｉ、Ｙ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ和Ｈｆ中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍军，肖勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]