电场活化烧结技术制备高强导+电铜基复合材料的研究

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1、2142009全国粉末冶金学术会议电场活化烧结技术制备高强导电铜基复合材料的研究①张寅李小强叶永权杨俊逸(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)摘要本文以Cu一10Cr-0．5A1203(质量分数％)为例，将电场活化烧结技术应用于铜基导电混合粉末及球磨复合粉末的快速烧结，并研究了脉冲峰值电流、通电时间、对烧结材料组织和性能的影响。结果表明，随着脉冲电流的提高，烧结材料的致密度也相应增加(最高达到99％，平均都在92％以上)，导电率也逐渐上升，硬度和强度则先上升后下降；随着通电时间的增加，烧结材料的密度有

2、增大的趋势，硬度和强度逐渐上升，导电率则先上升后下降。关键词粉末；电场活化烧结；铜基导电复合材料1前言目前，高强度导电铜基材料在美国、日本等发达国家开发研究异常活跃，并获得专利，有的已初步进入实用化阶段，限于其应用领域，各国对材料工艺研究成果都严加保密。我国对该类材料的研究起步比较晚，从20世纪90年代初，上海交通大学、武汉钢铁公司、哈尔滨工业大学等单位才开始这方面研究¨。7J，并取得了良好的成效，有些成果已运用生产。采用机械合金化【80工艺制备的弥散强化铜基合金，高熔点硬质第二相粒子弥散分布在基体上，能显著提高高

3、温强度、抗氧化和抗蠕变性能，并能保持良好的导电性。然而，传统烧结方法往往存在烧结周期长、致密度低、烧结温度高、晶粒容易长大等缺点，这将会使合金整体性能降低。胡连喜等【9，m1利用机械球磨制备了Cu一5％Cr合金，综合利用细晶强化、弥散强化和沉淀强化效果，使合金具有很高的抗拉强度、较好的塑性和良好的导电性。李秀勇等¨¨采用机械合金化和真空热压工艺制备了性能优异的CuCr触头材料。电场活化烧结H21作为一种新型的快速低温烧结技术，在制备高致密超细晶材料上具有极大的优势。本文首先采用高能球磨技术制备了cu一10Cr一0．

4、5AI：O，(质量分数％)纳米晶铜基复合粉末，然后对球磨后的粉末进行了电场活化烧结，研究了电烧结参数对烧结材料的微观组织和性能的影响，为成功制备高密度、纳米晶高强导电铜基粉末冶金材料奠定技术基础。2实验2．1高能机械球磨法制备纳米晶铜基复合粉末试验材料成分为Cu一10Cr-0．5AI：O，，实验过程中选用的铜粉为电解铜粉，铬粉为水雾化铬粉，它们的粉末特征如表1所示。氧化铝粉为一般市面出售的粉末，其粉末尺寸经测定小于0．1¨m。①基金项目：国家高技术研究发展计划“863”项目(2007AA032112)；国家重点基础

5、研究计划“973”专项课题(2007CB616905)；广东省自然科学基金项目(x2jqB6080120)作者简介：张寅(1986一)，男，硕士，主要从事粉末冶金方面的研究。E—marl：zhangyin919860618@163．tom三、有色金属粉末及制品215表I初始粉末纯度及粒度材料主要成分／％控制元素平均粉末尺寸／p,mCU99．5AI，Pb，Fe，Si50C99．9S，Fe，Si，Pb，AI，Cu，C70将元素粉末按合金成分配比后于容积为2升的V型混粉机中预混合12小时，然后装人QM一2SP行星球磨机中

6、进行高能球磨。球磨罐和磨球材料均为1Crl8Ni9Ti，球磨中大球(犯0)、中球(郝)、小球(弘)的重量比为l：2：1，球料比为10：l，球磨机转速为226r／min，球磨介质为高纯氩气，为了防止球磨过程粉末的过度焊合，加入无水酒精作为过程控制剂。球磨时间分别为5h，20h。正反转交替时间为15rain，加速时问：10s，减速时间：10s。球磨粉末的分析主要采用x射线衍射分析、扫描电镜等。下面简述具体的实验条件。x射线衍射分析在D／max—IliA型日本理学全自动x射线衍射仪上进行，加速电压为50kV，扫描速度10

7、deg／min。形态观察在JEOL一6460LA扫描电子显微镜上进行，加速电压15kv。粉末的硬度测试采用显微维氏硬度计，载荷为3009，加载时间为lOs。试样的制备方法为：先将粉末装入5×,t,tomill的铜管中，在300kN的压力下压实，经研磨后抛光。每个试样的显微硬度值取其上七点的平均值。2．2球磨铜基复合粉末的活化烧结将称好的cu一10Cr-0．5AI：0，混合粉末装入内径为20mm、外径为50mm的陶瓷模具中，利用自制的电场活化烧结设备进行烧结。烧结时间为3～7rain，其电流参数如下：基值电流：120

8、A；脉冲峰值电流：2700A一3000A；频率：50Hz；占空比：50％；烧结压强为：30MPa；通电时间为：3-7rain。3结果与讨论3．1烧结参数对材料致密度的影响3．1．1脉冲峰值电流对烧结材料致密度的影响图1显示了球磨时间为20h、烧结压强为30MPa、通电时间为6rain、基值电流为120A、频率为50Hz、占空比为50％时，不同脉冲峰值电流对烧