内氧化-高速压制法制备Al2O3弥散强化铜合金的性能研究

作者:黄明文 来源:推广部 时间:2018-12-21 13:27

Al2O3弥散强化铜合金具有优异的室温和高温强度,并具有优异的导电性、导热性。它在许多需要高导电率、导热和高温强度的地方受到青睐。它可广泛用于电动、电子、机械。如工业领域,如用作点焊电极、的高强度电源线、集成电路引线框架。然而,合金难以通过常规的粉末冶金方法直接获得高密度致密烧结体,并且通常需要使烧结体变形以获得致密的板或棒,然后加工以获得所需产品。目前,Al2O3弥散强化铜合金的典型制备工艺是CuAl合金+氧源混合等静压成型内部氧化 - 还原 - 烧结变形加工(热挤压+冷轧或拉丝)合金。整个过程过程复杂。、低原料利用率、高能耗、产品稳定性和高成本。高速压制(HVC)技术是一种非常有利的粉末成型技术。它结合了动态压制的高冲击能量和传统压制的高效率和平滑性。它可以实现冷态粉末的高密度成型和连续生产。低成本、紧凑密度和均匀分布、低弹性后效和高精度。

基于HVC,易于获得高密度紧凑的特性。内部氧化和研磨技术与HVC技术的结合有望开发出低成本低成本制备Al2O3分散铜合金的新技术、。因此,本文以该单元中已商品化的0.34%(质量分数)Al2O3弥散强化铜合金为研究对象。分散强化铜合金粉末通过内部氧化法制备。研究了在不同温度下烧结后粉末的HVC形成特性和压坯的压实。该性能是为短流程、中低成本制备弥散强化铜合金提供参考。

2实验

2.1Al2O3弥散强化铜合金的制备

以水雾法制备的Cu-0.18%(质量分数)Al(-100目)合金粉末为原料,Cu2O(-325目)用作氧源,根据Al完全进行化学反应。需要3Cu2O + 2Al = Al2O3 + 6Cu Cu2O,其质量为30%过量,混合后,在氮气中进行900℃、2h内部氧化,在氢气中进行900℃、1h还原处理。在粉碎、至100目筛后,其为0.34%(质量)。分数)Al2O3分散铜合金粉末。通过HYP35-2高速冲击压机形成粉末,模具是直径为20mm的圆柱形模具。在粉末填充之前,用硬脂酸锌的醇溶液润滑模具壁,并将粉末的高度固定在15.5mm。根据脱模力的大小,将冲压时的冲击行程调整为15~35mm。将HVC形成的生坯在氢气中在960,1000,1040和1080℃下烧结1小时,以获得Al 2 O 3分散铜合金。

2.2样品性能和表征

用日本Rigaku-30??14 X射线衍射仪测试粉末的相组成,CuK射线,管电流100mA,管电压45kV,扫描速率8 / min,扫描范围30-140;安装和抛光后的粉末,采用德国Z-Wick显微硬度计显微硬度试验,载荷0.0098N,停留时间15s;通过排水法测试样品的密度,并假设Cu在Cu-0.18%(质量分数)Al合金中完全氧化,根据所得分散体计算强化铜合金的理论密度的相对密度(8.85g) /厘米3);用JXA-8100扫描电子显微镜(SEM)观察样品的显微形貌:、POLYVAR-MET大型金相光学显微镜(OM);使用FD-101涡流电导率仪用于测试样品的电导率;用HR-150A洛氏硬度计测试硬度(HRB);压缩试验用US Instron 8802机械试验机以0.5mm / min的加载速率进行,并根据压缩试验进行。得到的位移 - 载荷值用于绘制真实的应力 - 应变曲线。

3。结果与讨论

3.1粉末特性

采用水雾化法制备了Cu-Al合金粉末的微观形貌。该粉末具有光滑的表面并且是椭圆形或花生形的,这是典型的水雾化粉末形态。同时,粉末粒度分布间隔更宽,并且存在更多数量的细粉末颗粒。由于内部氧化反应是放热反应,因此局部温度可能超过Cu的熔点。因此,当混合粉末在900℃下氧化时,在粉末之间发生一定的粘合,使得内部氧化后粉末的粒度增加,细粉末数量显着减少。

内氧化-高速压制法制备Al2O3弥散强化铜合金的性能研究

3.2电导率

Al 2 O 3分散体铜粉末的导电率为32.0ACS。通过氢气烧结后,导电性大大提高。例如,在960℃下烧结后,电导率增加到76.7ACS。随着烧结温度的升高,样品的电导率增加。在1040和1080℃下烧结后,电导率超过80ACS。这种电导率的变化与铜基质中的晶界有关。晶界充当电子散射中心,这降低了导电性。在生坯中,除了部分粉末颗粒之间的熔合之外,在大多数颗粒之间存在显着的非冶金结合界面(图4),因此电子迁移的有效横截面很小并且电导率低。烧结后,晶界的冶金结合程度显着增加(图6),导电性大大提高。此外,随着烧结温度的升高,烧结颈部的生长速率增加,一些颗粒的界面消失,并且导电性进一步增加。例如,烧结样品在1080℃下的导电率比生坯的导电率高153%。此外,导电率还与残余应力和位错引起的电阻有关。当粉末颗粒被高速挤压时,发生显着的塑性变形,并且在内部形成诸如残余应力和位错的缺陷。随着烧结的进行和烧结温度的升高,这些缺陷得到更充分的释放,从而显着提高烧结后的导电性。本文制备的合金的最大电导率为81.0ACS,低于热挤压(89.7ACS)[6]制备的相同Al含量的分散铝合金(ODS18)的水平,这主要是由于通过HVC方法制备的合金。中间仍有一些孔隙,通过热挤压法制备的合金是完全致密的。本文研究的电导率接近于采用冷轧法(80.8ACS)[12]制备的低铝含量合金(0.15l)和高强度高导电铜合金(如铬青铜、)的电导率。铬 - 锆青铜)。电导率相当。3.3硬度

与电导率的变化规律不同,Al2O3分散铜粉体的硬度最高,为81.0HRB。在氢气中烧结后,硬度降低。例如,在960℃下烧结后,在1000~1080之后硬度降低到79.3HRB。在℃下烧结后的硬度保持在77.3和77.8之间。由于烧结前后样品的密度变化不大,因此硬度的这种变化主要与体内的缺陷有关。在高速压制过程中产生的大的塑性变形和分散的Al 2 O 3颗粒对位错的钉扎作用在粉末颗粒内部引起一定的应力和位错累积,导致生坯的硬度增加。烧结过程用作应力消除退火以减少这些缺陷,导致烧结样品的硬度略微降低。采用传统工艺制备Al2O3弥散强化铜合金时,通常需要采用热挤压+冷轧或拉伸等大型挤压方法实现致密化,使退火处理后合金的硬度大大降低。软化温度通常保持在900~950℃之间。以秦晓东[13]制备的1.0l2O3弥散强化铜合金为例,室温硬度为82.9HRB。在1000℃退火后,硬度仅为69.3HRB。本文采用高速压制(HVC)和烧结法直接制备Al2O3弥散强化铜合金,烧结过程也可作为坯体的退火处理。与压块相比,在1080℃烧结后样品的硬度保持率为95%,并且可以认为通过该方法制备的分散铜合金具有更高的硬度保持率或更高的软化温度。在电导率、硬度和软化温度方面,本文得到的分散铜合金具有更好的综合性能,可以满足点焊电极的要求,并提供低成本的低温、弥散强化铜点的制备焊接电极。一种新方法。

3.4抗压强度

从表1所示的抗压强度可以看出,与压坯相比,烧结样品的强度得到改善,但在不同温度下烧结后的强度差异很小。压坯的强度为423MPa,在不同温度下烧结后样品的强度为449-454MPa,增加约7%。从图7所示的真实应力 - 应变曲线可以看出,压坯仅发生弹性变形,当应力达到最大值时,脆性断裂直接发生并失效。烧结试样经过弹性变形后,真应力随真应变的增加而略有增加,呈现稳定流动应力的平台阶段。随着烧结温度的升高,最大应变增加。在本文中,960和1000℃烧结样品分别在0.35和0.43应变下失效,而在高于1040℃的温度下烧结的样品在实验测试范围内没有显示出失效,并且应变超过0.65。通常,提高烧结温度只能略微提高抗压强度,并且样品的抗压强度在不同的烧结温度下基本相同。然而,随着烧结温度的升高,样品的应变应变显着增加。分散强化铜合金在不同烧结温度下的失效行为的差异也应该由界面界面粘合的差异引起。随着烧结温度的升高,烧结样品中颗粒之间烧结颈的生长速度增加,颗粒间的冶金结合程度逐渐增大,样品抗裂纹扩展的能力增强,破坏应变增大。

4。结论

(1)采用HVC法制备Al2O3分散铜合金粉末,可获得良好的成形效果。在927.5J的冲击能量下,HVC形成的粘结密度为0.34%(质量分数)的Al2O3合金粉末,最大为8.72g / cm3(密度为98.4%)。

(2)氢气烧结后HVC压坯的形状保持完整,密度没有明显变化,但导电率显着提高,硬度略有下降,抗压强度增加。随着烧结温度升高,合金的电导率增加,硬度略微降低,并且抗压强度保持基本恒定。当在1040℃以上的温度下烧结时,合金、的硬度和强度基本稳定,分别达到80ACS、77HRB和450MPa或更高。

    上一篇:兰瑟的时空化妆补充品在线帮助你摆脱夏天脱妆的咒语
    下一篇:东森游戏平台:钢铁企业电气设备故障诊断与维护研究