弥散强化铜基复合材料的现状与发展[1].pdf

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1、!56!梅山科技













2009年第1期综
述弥散强化铜基复合材料的现状与发展宣守蓉
范鲁海(梅山钢铁公司技术中心
南京
210039)

摘
要:弥散强化铜基复合材料具有高温强度、高导电、导热的特性,具有不可替代的作用。以氧化铝弥散强化铜复合材料为例,综述其制备工艺、性能分析、强化机理及应用领域,并预示了其在冶金企业应用的美好前景。

关键词:A12O3;弥散强化;铜基复合材料CurrentStateandDevelopmentTrendofDispersionStrengthenedC

2、opperMatrixCompositesXuanShourong
FanLuhai(TechnologyCenterofMeishanIron&SteelCo.,Nanjing210039)

Keywords:Al2O3;dispersionstrengthening;coppermatrixcomposite

铜及铜合金是人类应用最早的金属,也是应产20t的生产规模,适合用于要求高强度、高导用最广泛的金属材料之一。但在许多应用场合,电及耐高温的场合。除了要求材料具备高的导电、导热性外,同时还要

我国

3、对铜基复合材料的研究起步较晚。20求材料具有足够高的强度、硬度和耐高温、耐磨损世纪70年代,洛阳铜加工厂开展过内氧化法生产性能。铜合金的电导率、导热率与强度往往成反铜基复合材料的研究,并建立了一条小规模生产比关系。弥散强化铜基复合材料(以下简称铜基线。但由于种种原因,产品质量未能满足用户要复合材料)较好地解决了这一难题。该材料是指求,成本也很高,故一直未正式投入批量生产。80在铜基体中直接加入或通过一定的工艺原位生成年代以来,我国有天津大学、中国科学院金属研究热稳定性极高的,呈弥散分布的第二相微粒所、北

4、京科技大学等单位对这类材料进行研究。氧化物增强相,能钉扎位错、晶界、亚晶界,以阻碍到90年代以后,我国对该材料的研究给予了更大位错运动,抑制再结晶,从而使基体强度特别是高的关注,对添加弥散相的种类和方法也进行了探温强度得到大幅度提高。讨。目前已经初步形成了有自主知识产权的,结

20世纪80年代以来,铜基复合材料的研究合我国铜资源特点的高性能铜基材料研究和生产开发在国内外都异常活跃,高软化温度,高导电率体系。的铜基复合材料己成为开发的热点之一。氧化物

目前铜的颗粒弥散强化研究和应用的较多,弥散强化铜合金的研

5、究在一些工业发达国家已经常用的氧化物增强相有Al2O3、Zr2O3、Y2O3,取得重大进展,80年代初,美国奥林公司首先推CaO,Cr2O3,SiO2、ZrO等等。其中Al2O3强化相出称作CA194和CA195的合金,日本也先后开是目前研究得最多的弥散强化相,由于Al2O3粒发出KIF
1,MF202等铜合金。同一时期,美国子的硬度高,高温稳定性强,且价格低廉,对基体SCM公司所开发研制Glidcop系列Cu
Al2O3铜金属表现为惰性,且在高温下热稳定性好及与Cu基复合材料,其软化温度为930,电导率为基

6、体的不溶性,甚至在接近铜熔点的温度下都能92%IACS,抗拉强度也达540MPa,并已形成日保持其原来的粒度和间距,所以Cu
Al2O3复合宣守蓉
范鲁海
弥散强化铜基复合材料的现状与发展!57!材料在高温下仍能保持其大部分硬度。同时由于艺成熟,材料性能也比较好。与内氧化法繁杂的Al2O3颗粒含量少,且细小弥散分布,所以能保持工艺、较多的影响因素相比,该工艺过程简单,易铜基体的高的导电、导热性,使材料可在接近铜熔于控制。最关键的是用粉末冶金法可以按要求制点的温度下工作。备指定粒径和含量的弥散强化复合材料。粉末

7、冶

颗粒增强铜基复合材料与其他增强体相比具金法常与精整、浸油、机加工、热处理以及轧制、热有以下优点:锻等制造工艺紧密结合。

1)陶瓷颗粒价格低廉,尤其在大量应用时;1.3
内氧化法

2)可用常规的冶金加工方法如铸造、粉末冶

内氧化法是在合金氧化过程中,氧溶解到合金以及随后的轧、锻、挤、拉、拔等二次加工,降低金相中,并在合金相中扩散,合金中较活泼的组元制造成本;与氧反应,在合金内部生成氧化物颗粒,即稳定的

3)微观结构均匀,比基体具有更高的使用温陶瓷增强颗粒的过程。度;

内氧化法的关键工艺是供氧的方

8、法,即如何

4)弹性模量和强度提高;使Cu
Al转化为Cu
Al2O3。内氧化法目前主要

5)热稳定性增强,可在温度变化剧烈的环境有压埋法、雾化法、流动气氛氧化法以及真空内氧中使用,这对于高技术(如宇航结构材料,核能技化法等几种。雾化法是制备Al2O3弥散强化铜术等)尤为重要;最常用的一种,其工艺过程是:熔炼稀释的铜铝固

6)更好的抗磨损性能;溶合金,用氨之类的高压气体雾化熔体,制得粉

7)