一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法技术

技术编号：41213147 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-09 23:36

一种高强高硬Cu‑Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑ZrO<subgt;2</subgt;合金的制备方法，包括如下步骤：（1）原子水平机械合金化；（2）原位反应球磨法；（3）放电等离子烧结。Cu粉和Y粉球磨得到Cu‑Y过固溶饱和体，先使Y元素均匀分布在铜基体中；Cu‑Y和ZrO<subgt;2</subgt;球磨，选择性氧化Y元素，氧化的同时多添加一种氧化物，复合氧化效果更佳；由于铜质地较软，易在球磨过程中出现粉末颗粒长大、团聚的现象，导致得到的复合粉末粒度较大，本发明专利技术以二次球磨的形式进行机械合金化，削弱粉体聚集成团能力，加快球磨进程，使第二相均匀弥散地分布在基体中，最终制备出致密度高、晶粒组织均匀、力学和电学综合性能优越、应用范围更加广泛的Cu‑Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑ZrO<subgt;2</subgt;复合材料。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于弥散铜合金强化，具体涉及一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，通过y2o3、zro2强化铜基，并采用放电等离子烧结法制备得到块体材料。

技术介绍

1、铜基合金具有中等强度，良好的电导性、热导性、耐蚀性和疲劳性能，色泽美观，易于加工的优点，在工业领域中广泛应用，产量仅次于钢铁和铝，是金属材料中的第三大合金类别。为了满足时代进步所带来的高性能要求，需进一步提高铜合金的综合力学性能。

2、利用热力学稳定性好的弥散陶瓷粒子强化铜基体是一种极佳的方法。y2o3具有高硬度、高导电导热等一系列优异的性能，其对于基体金属的导电、热导性能影响较小，是一种出色的强化材料。zro2具有高熔点、高电阻率和低热膨胀系数的性质，是重要的耐高温材料。利用y2o3，zro2作为强化剂，将其分散在铜基合金中，可以提高合金的强度和耐热性。

3、传统的cu-y2o3复合材料制备方法是将y2o3粉末直接加入到cu粉体中球磨，可实现大批量生产。但这种方法增强体与基体的润湿性差，坚硬的y2o3会在球磨过程中损害cu基体，降低材料的综合性能。目前探索高性能、低成本的弥散强化铜基复合材料的制备工艺，成为当今研究的重要课题。

技术实现思路

1、针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术提供了一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，采用原位反应球磨法制备克服传统球磨法产生的材料综合性能降低的问题，同时多添加了一种氧化物，复合氧化效果更佳，提高了复合材料的综合性能，对铜基复合材料的制备工艺有指导意义。

2、一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，包括如下步骤：

3、（1）原子水平机械合金化

4、分别称取高纯cu粉、y粉置于球磨罐中，加入硬质合金小球，然后将球磨罐放入真空手套箱，在氩气的保护下完成球磨罐的装配，装配完成后，将球磨罐固定于行星式球磨机中进行球磨，最终制备得到cu-y前驱体粉末；

5、（2）原位反应球磨法

6、在步骤（1）中的球墨罐中再加入适量zro2，然后将球磨罐放入真空手套箱，在氩气的保护下完成球磨罐的装配，装配完成后，将球磨罐固定于行星式球磨机中进行球磨，制得cu-y2o3-zro2复合粉末；

7、（3）放电等离子烧结

8、将步骤（2）中的cu-y2o3-zro2复合粉末研磨后加入石墨模具中，并将石墨模具置于放电等离子烧结炉的炉腔内预压实，设定程序预压后对炉腔进行真空处理，随后进行烧结，烧结结束后获得cu-y2o3-zro2复合材料。

9、所述步骤（1）中y的质量分数为1%，其余为高纯cu粉。

10、所述步骤（1）中真空手套箱型号为zkx，行星式球磨机为南大仪器qm-qx4全方位行星式球磨机，球磨转速（自转速度）为300rpm，球料比为3:1，球磨时间为30h，在真空手套箱中并在氩气气氛下完成球磨罐的装配以保证纯净的球磨环境，球罐和球磨介质小球均由硬质合金制成。

11、所述步骤（2）中zro2的质量分数为1～3%。

12、所述步骤（3）中石墨模具直径为20 mm，研磨后的cu-y2o3-zro2复合粉末与石墨模具之间使用碳纸隔离，方便烧结后的取样及脱模。

13、所述步骤（3）中预压实压强为10 mpa，烧结采用热电偶测温，将热电偶前端插入石墨模具测温孔中。

14、所述步骤（3）中放电等离子烧结炉型号为laboxtm-300，设定程序如下：以100℃/min的速率升到600℃，保温5min；接着以5℃/min的速率升到900℃，在此过程中将压力从10mpa升到50～70mpa，保温5min后快速冷却。

15、本专利技术的有益效果：本专利技术中cu粉和y粉球磨得到cu-y过固溶饱和体，先使y元素均匀分布在铜基体中；cu-y和zro2球磨，选择性氧化y元素，优点就是氧化的同时多添加了一种氧化物，复合氧化效果更佳；传统熔炼法制备cu-y2o3基复合材料难以实现元素之间的合金化，通过机械合金化添加第二相粒子到铜基体中的方法可有效克服该缺陷，但由于铜质地较软，易在球磨过程中出现粉末颗粒长大、团聚的现象，导致得到的复合粉末粒度较大。本专利技术以二次球磨的形式进行机械合金化，削弱粉体聚集成团的能力，加快了球磨进程，使第二相均匀弥散地分布在基体中，最终制备出致密度高、晶粒组织均匀、力学和电学综合性能优越、应用范围更加广泛的cu-y2o3-zro2复合材料。

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【技术保护点】

1.一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（1）中Y的质量分数为1%，其余为高纯Cu粉。

3.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（1）中真空手套箱型号为ZKX，行星式球磨机为南大仪器QM-QX4全方位行星式球磨机，球磨转速（自转速度）为300rpm，球料比为3:1，球磨时间为30h，在真空手套箱中并在氩气气氛下完成球磨罐的装配以保证纯净的球磨环境，球罐和球磨介质小球均由硬质合金制成。

4.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（2）中ZrO2的质量分数为1～3%。

5.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（3）中石墨模具直径为20 mm，研磨后的Cu-Y2O3-ZrO2复合粉末与石墨模具之间使

6.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（3）中预压实压强为10 MPa，烧结采用热电偶测温，将热电偶前端插入石墨模具测温孔中。

7.如权利要求1所述一种高强高硬Cu-Y2O3-ZrO2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（3）中放电等离子烧结炉型号为LaboxTM-300，设定程序如下：以100℃/min的速率升到600℃，保温5min；接着以5℃/min的速率升到900℃，在此过程中将压力从10MPa升到50～70MPa，保温5min后快速冷却。

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【技术特征摘要】

1.一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（1）中y的质量分数为1%，其余为高纯cu粉。

3.如权利要求1所述一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（1）中真空手套箱型号为zkx，行星式球磨机为南大仪器qm-qx4全方位行星式球磨机，球磨转速（自转速度）为300rpm，球料比为3:1，球磨时间为30h，在真空手套箱中并在氩气气氛下完成球磨罐的装配以保证纯净的球磨环境，球罐和球磨介质小球均由硬质合金制成。

4.如权利要求1所述一种高强高硬cu-y2o3-zro2合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述步骤（2）中zro2的质量分数为1～3%。

【专利技术属性】
技术研发人员：秦永强，何良志，吴玉程，罗来马，邓晨宇，马冰，张一帆，王岩，崔接武，张勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人