铜合金的制备与加工

1、 团队介绍及成员分工一 铜合金的概述二 内氧化制备Al2O3弥散强化铜合金三团队介绍及成员分工一、团队组成 队长： 冀 欣 队员：常艺菲 张 楷 乐光晟 李江宁 薛 礼 刘钊成 武 康 龙海波 林智杰 田 楠二、成员分工铜合金的概述乐光晟 李江宁 薛 礼内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金的工艺武 康 田 楠 刘钊成内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金的性能冀 欣 龙海波 林智杰内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金的应用及前景常亦菲 张 楷 团队介绍及成员分工一 铜合金的概述二 内氧化制备Al2O3弥散强化铜合金三铜及铜合金的起源铜合金的定义铜合金的分类铜合金的应用乐光晟 薛礼 李江宁 铜及铜

2、合金的起源铜是一种化学元素，它的化学符号 是Cu（拉丁语Cuprum），它的原子序数是29，是一种过渡金属。 铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083.40.2，沸点2567。常见化合价+1和+2。电离能7.726电子伏特。铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。铜也是最好的纯金属之一稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。自然界中的铜分为自然铜、氧化铜自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。矿和硫化铜矿。金属铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合

3、金主要分成三类：黄铜铜锌合金青铜铜锡合金白铜铜钴镍合金铜合金的应用古代篇铜合金的应用现代篇 团队介绍及成员分工一 铜合金的概述二 内氧化制备Al2O3弥散强化铜合金三制备内氧化法弥散强化铜合金Al2O3传统的强化的方法如传统的强化的方法如沉淀强化等，在室温条件下，可不同程度地提高材料的强度，但是在高温条件下，强化方法将失效。而弥散强化是在铜基体中引入细小弥散分布的弥散相粒子，从而使基体强度特别是在高温强度得到大幅度提高的一种强化方法。Al2O3弥散强化铜合金弥散强化铜合金：在铜基体中引入了细小弥散分布的增强相Al2O3粒子的一种铜基复合材料。其制备方法主要有：内氧化法，机械合金化法和溶胶凝胶法

4、，其中内氧化法是目前规模化生产Al2O3弥散强化铜合金的最佳方法。制备Al2O3弥散强化铜合金的方法1：粉末冶金法 2：机械合金化 3：共沉淀法4：热还原反应法 5：反应喷射沉积法 6：复合电沉积 7：内氧化法 高强度、高导电率高性能的新型复合材料Al2O3弥散强化铜合金为了保证内氧化法所制的的Cu-Al2O3合金的质量必须做到一下几点保证 Cu 完全不被氧化 ,同时 Al 完全脱溶并充分氧化。因为铜氧化物的存在和固溶态 Al 的出现都会严重影响到弥散强化铜的导电、导热性能。所以 ,必须严格控制氧化剂的加入量并进行必要的还原处理。 在 Al2O3 含量一定时 , Al2O3 颗粒的弥散程度直接

5、决定了材料的高温强度和硬度 ,因此 ,Al2O3 颗粒的粒度必须达到纳米级并均匀弥散分布。改进的简化生产工艺流程如下：铜铝合金粉末制备 氧导入粉末(地温氧化)热等静压(内氧化+密度化成形) 热挤压成形。在此工艺中，热等静压工序保证铝在铜铝合金粉末中的内氧化以及粉末制品的密度化同时进行。由于多余Cu2O无法在H2中还原，还原反应被取消了，该简化工艺对过程参数的控制范围要求更加严格，工艺过程控制如下(1)粉末的制备为了获得力学性能优良的铝氧化物弥散强化铜合金，铜铝合金粉末粒度应越细越好，铝在粉末中分布均匀无表面偏析。水雾化法制备铜铝粉末粒度比较小，过热铜铝合金液体冷却速度快，Al2O3不宜向表面扩

6、散且粉末颗粒表面铝的偏析小。选择水雾化法制备较为优越。部分工艺过程所需设备示意图粉末制备示意图(2)氧导入粉末氧导入通过低温下粉末表面的氧化来实现的。要使材料有较好的导电率必须将铜的固溶体中的杂质含量降至最低限度，杂质的氧化是一个较为经济的做法。因此实际所需的氧量应近似于铝和杂质的氧化所需的氧量(3)等静压(内氧化+密度化成型)粉末的纯度，粒度及用氧量选好之后，热等静压制会同时实现Cu-Al的内和粉末材料的密度化。真空烧结机内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金内氧化法制备过程制备的Al2O3弥散强化铜性能分析Al2O3弥散强化铜合金的应用前景图（a） Cu- Al2O3弥散强化铜弥散相形貌和分

7、布在高倍下,可观察到晶内高度弥散地分布着大量Al2O3粒子,形状为球形或椭球形,颗粒直径约1040nm,粒子间距20100nm。图（b）透射图片大量的Al2O3颗粒弥散分布在晶界处（1） 细小的Al2O3弥散颗粒能够有效的钉扎位错，同时颗粒本身作为位错源增加位错密度，同时弥散分布在晶界上能有效钉扎晶界，阻止了大角度晶界的形成，降低了晶界能；（2） Al2O3颗粒是具有高度热稳定性的陶瓷颗粒，从而增加铜基体的强度。（3） 弥散相与晶界位错相互作用，降低了晶界的运动速度，使再结晶的形核长大和亚晶粒的长大收到抑制，从而增加铜合金的强度。Al2O3弥散强化铜合金具有高强度的优越性能！对Al2O3弥散强

8、化铜合金电导率的研究内氧化处理对导电性能具有双重作用：（1）析出的Al2O3颗粒本身使Cu基体的电导率降低；但是Al2O3颗粒的析出，消耗了基体中的Al,减少了Al的固溶量，晶格畸变得以缓解，使电导率相对得到提高。（2）由于Al2O3 颗粒含量少,且细小弥散分布,所以仍能保持铜基体高的导电、导热性。Al2O3弥散强化铜合金具有高导电率的优越性能！Al2O3弥散强化铜合金Al2O3含量内氧化时间 不同内氧化时间对金相组织的影响图a、图b、图c、图d分别是试样经9001h退火和试样900内氧化3h、6h、10h后的金相组织。（a） 9001h退火（b）9003h 内氧化（c）9006h 内氧化（d

9、）90010h 内氧化 复合材料的金相图片Fig.1 Micrographs of Al2O3/Cu composite不同的内氧化时间对Al2O3弥散强化铜性能的影响图2 内氧化时间对Cu-0.30Al合金内氧化后硬度和电导率的影响图为Cu-0.30Al合金在1173K下分别内氧化3、8、12h后的导电率和表面显微硬度曲线两种方案不同Al2O3 含量的弥散铜基复合材料硬度的对比不同的Al2O3 含量对Al2O3弥散强化铜硬度的影响（1）当Al2O3 颗粒含量在0.16 %1.0 %之间时,硬度随着Al2O3 含量的增加而增高；（2）当Al2O3 颗粒含量超过1.0 % ,样品的硬度开始下降不

10、同的Al2O3 含量对Al2O3弥散强化铜导电率的影响两种方案不同Al2O3 含量的弥散铜基复合材料导电率的对比随着Al2O3 含量的增加,合金的导电率下降原因（1）Al2O3 是电绝缘体的陶瓷颗粒,随着Al2O3 的增加,可导电的金属的体积分数下降,使电导率降低;原因（2） Al2O3 阻碍材料的致密化过程,降低材料的相对密度,从而降低材料的电导率。内氧化法 处理后力学性能导电率不同的 内氧化时间力学性能导电率不同的 Al2O3 含量力学性能导电率 关键控制内氧化过程中形成的Al2O3颗粒大小和间距就成为影响材料性能的关键。内氧化法制备Al2O3弥散强化铜合金内氧化法制备过程制备的Al2O3

11、弥散强化铜性能分析Al2O3弥散强化铜合金的应用前景Al2O3弥散强化铜的应用 Al2O3弥散强化铜以其高导电、导热性、抗电弧侵蚀、抗磨损能力以及优良的高温力学性能和加工性能, 因而得到广泛应用。整流子整流子焊炬喷嘴焊炬喷嘴电极电极一、 弥散强化铜电阻焊电极表1 不同铝含量弥散铜棒材的力学性能国内机械行业标准JB/T4281-1999电阻焊电极和附件用材对铜合金电极材料的性能作了要求,其中CuCrZr电阻焊电极的指标为:硬度HRB78,电导率74%IACS,软化度500。可以看出,试验用Cu-25Al、Cu35Al弥散铜合金均满足了CuCrZr电阻焊电极的要求,并且电导率高出CuCrZr电极1

12、2%16%,而软化温度更是达到了900。Cu25Al、Cu35Al弥散铜合金可以作为CuCrZr电阻焊电极的替代材料。 弥散强化铜电阻焊电极 针对铜、银、铝、镍等有色金属的焊接,弥散强化铜电极显示出超凡的焊接性能; 特别是显像管外壳等部件的焊接,对于电极的要求高,普通的铬锆铜电极基本无法进行,弥散强化铜电极是该类焊接作业普遍选择的材料。二、模具材料及结构件 弥散强化铜材料可用作连铸模、滚焊轮、大电流焊接电缆、微波管零件和电气接插件、旋转源中子耙、核聚变系统中燃烧室喷嘴、称套、焊炬喷嘴、连铸机结晶器内衬、火箭或喷气式飞机机翼或叶片前缘、微波管、电真空器件、大功率电子管支架等自冷导热材料等。模具材

13、料及结构件模具材料及结构件滚焊焊轮模具焊炬喷嘴机车导电带三、继电器铜片和触头支座 在继电器中使用弥散强化铜铜片和触头支座,能使继电器可承载的电流增大,可以使设计小型化,提高了安全性和使用寿命。作为电接触材料, 氧化物弥散强化铜在直流马达中已成功取代AgCdO, 且价格较银基材料低, 同时避免了镉对人体的危害, 使用寿命为2030 万次, 远超过了AgCdO 材料的使用寿命(10 万次)。此外, 氧化物弥散强化铜作为导电、导热功能材料用途十分广泛。 此外，弥散强化铜合金在其他领域也有广泛的应用:如电子真空器件的散热阳极、插接件,大功率高频、超高频真空电子管,晶体管管壳,磁控管腔体、定片、动片,发射管,真空开关,行波管慢波线,输电线,聚热线圈,波导管,手机及移动通讯天线,笔记本电脑散热管等。 真空开关 高频真空电子管发展现状工艺过程太复杂工艺参数不稳定只能停留在实验室阶段不符合产业化的要求造成生产成本