一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法
阅读说明：本技术 一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法 (Preparation method of yttrium oxide dispersion strengthened copper alloy ) 是由 陈如明 姜蕻 蔡勇 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法,包括以下步骤：步骤1：按重量百分比配制Cu-Y合金；步骤2：将称量好的金属原料混合熔炼合金锭；步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中制备Cu-Y非晶；步骤4：将合金试料熔化；步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上,获得非晶态条带；步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中；步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)混合熔炼；步骤8：得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。本发明通过Cu-Y非晶中间合金的氧化,获得比重与基体Cu接近的Cu-Y2O3结合体,以此为基础直接熔炼制得了组织均匀、可控的ODS-Cu合金；同时省略了繁琐的制粉和粉料处理过程,采用直接铸造合金的方法保证了合金成分的均匀,可实用性强。(The invention discloses a preparation method of a yttrium oxide dispersion strengthened copper alloy, which comprises the following steps: step 1: preparing Cu-Y alloy according to weight percentage; step 2: mixing and smelting the weighed metal raw materials into an alloy ingot; and step 3: crushing an alloy ingot and then putting the alloy ingot into a quartz tube to prepare Cu-Y amorphous alloy; and 4, step 4: melting an alloy test material; and 5: spraying the melted alloy sample on a water-cooling copper roller to obtain an amorphous strip; step 6: putting the prepared amorphous strip into a vacuum annealing furnace; and 7: mixing and smelting the amorphous strip and Cu (99.99%); and 8: and obtaining the finished product of the yttrium oxide dispersion strengthened copper alloy. According to the invention, a Cu-Y2O3 combination with the specific gravity close to that of matrix Cu is obtained through oxidation of a Cu-Y amorphous intermediate alloy, and an ODS-Cu alloy with uniform and controllable tissues is prepared by direct smelting on the basis; meanwhile, complicated powder preparation and powder treatment processes are omitted, the uniformity of alloy components is ensured by adopting a direct alloy casting method, and the practicability is high.)
技术领域
本发明涉及强化铜合金技术领域，具体为一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法。
背景技术
弥散强化是指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。若化合物在固溶体晶粒内呈弥散质点或粒状分布，则既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。
弥散强化铜合金是一种高强高导的铜基复合材料。通过添加少量的第二相颗粒，弥散强化铜在保持铜合金良好导电导热性的同时又提高了机械强度。由于弥散强化铜具有优异的综合特性，弥散强化铜已在汽车、电池、电子封装等工业领域得到了广泛的应用，是制备电焊电极、开关触桥、集成电路引线框架及架空导线等的优良材料。通过添加少量的第二相颗粒，弥散强化铜在保持铜合金良好导电导热性同时又提高了其机械强度。弥散强化的实质是利用均匀弥散的超细微粒阻碍位错运动从而提高材料在高温条件下的力学性能,其均匀弥散第二相的强化作用既提高了材料的高温强度和硬度，又不会明显降低合金的导电性能，从而使该材料具有良好的综合性能。
传统的氧化法制备ODS-Cu合金的工艺成熟，但它存在工序复杂，周期长，影响因素多，产品质量难以精确控制等不足。另一方面，由于Cu-Al2O3型ODS-Cu的室温强度较低、室温塑性不足，难以实现规模化生产和满足日益严苛的服役性能需求。
以Y2O3为代表的稀土氧化物适合作为强化相来制备新型的高强高导ODS-Cu合金。首先，与尖晶石结构的Al2O3粒子一样，类萤石结构的Y2O3粒子高温下稳定；其次，类萤石结构的Y2O3可与Cu基体形成共格界面，来尖晶石结构的Al2O3粒子所不能产生的切割机制强化，产生类似PH-Cu合金中共格沉淀相的强化效果；第三，稀土元素在Cu基体中的固溶度和扩散速率较小，这能防止稀土氧化物的偏聚和长大，提高了ODS-Cu合金的力学性能和抗高温软化性能。因此，Cu-Y2O3型ODS-Cu的开发与制备已成为当前新型高强高导铜合金的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用Cu(99.99％)、Y(99.9％)的金属原料，按重量百分比配制Cu-Y合金；
步骤2：将称量好的金属原料混合置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在保护气体的保护下熔炼合金锭；
步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中，运用真空铜辊单辊旋淬技术制备Cu-Y非晶；
步骤4：将Cu-Y非晶将合金锭破碎后放入石英管中，石英管置于感应加热线圈中将合金试料熔化；
步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上，获得非晶态条带；
步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中；
步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)为原料，混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内在保护气体的保护下熔炼；
步骤8：将步骤7中熔炼得到的合金经过冷拉加工处理，得到弥散强化铜合金，再经检测，淘汰不合格产品，得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。
优选的，在步骤1中，Cu的重量百分比为30-40％，Y的重量百分比为50-80％。
优选的，在步骤2中，非自耗电弧熔炼炉中电弧熔炼的工作电流为60-150A。
优选的，在步骤3中，破碎后的合金锭放入石英管之前需要经过100目筛筛选。
优选的，在步骤6中，真空退火炉的退火时间为2-4h，退火温度为350-500℃。
优选的，在步骤2和步骤7中，保护气体为纯氩保护气，纯氩保护气的压力值为0.02-0.06MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过Cu-Y非晶中间合金的氧化，获得比重与基体Cu接近的Cu-Y2O3结合体，以此为基础直接熔炼制得了组织均匀、可控的ODS-Cu合金；同时省略了繁琐的制粉和粉料处理过程，采用直接铸造合金的方法保证了合金成分的均匀，可实用性强。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供一种技术方案：一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用Cu(99.99％)、Y(99.9％)的金属原料，按重量百分比配制Cu-Y合金，Cu的重量百分比为35％，Y的重量百分比为65％；
步骤2：将称量好的金属原料混合置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在保护气体的保护下熔炼合金锭，非自耗电弧熔炼炉中电弧熔炼的工作电流为60A；
步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中，运用真空铜辊单辊旋淬技术制备Cu-Y非晶，破碎后的合金锭放入石英管之前需要经过100目筛筛选；
步骤4：将Cu-Y非晶将合金锭破碎后放入石英管中，石英管置于感应加热线圈中将合金试料熔化；
步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上，获得非晶态条带；
步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中，真空退火炉的退火时间为2h，退火温度为350℃；
步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)为原料，混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内在保护气体的保护下熔炼；
步骤8：将步骤7中熔炼得到的合金经过冷拉加工处理，得到弥散强化铜合金，再经检测，淘汰不合格产品，得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。
在步骤2和步骤7中，保护气体为纯氩保护气，纯氩保护气的压力值为0.02MPa。
实施例2：
本发明提供一种技术方案：一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用Cu(99.99％)、Y(99.9％)的金属原料，按重量百分比配制Cu-Y合金，Cu的重量百分比为55％，Y的重量百分比为45％；
步骤2：将称量好的金属原料混合置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在保护气体的保护下熔炼合金锭，非自耗电弧熔炼炉中电弧熔炼的工作电流为100A；
步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中，运用真空铜辊单辊旋淬技术制备Cu-Y非晶，破碎后的合金锭放入石英管之前需要经过100目筛筛选；
步骤4：将Cu-Y非晶将合金锭破碎后放入石英管中，石英管置于感应加热线圈中将合金试料熔化；
步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上，获得非晶态条带；
步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中，真空退火炉的退火时间为3h，退火温度为400℃；
步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)为原料，混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内在保护气体的保护下熔炼；
步骤8：将步骤7中熔炼得到的合金经过冷拉加工处理，得到弥散强化铜合金，再经检测，淘汰不合格产品，得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。
在步骤2和步骤7中，保护气体为纯氩保护气，纯氩保护气的压力值为0.04MPa。
实施例3：
本发明提供一种技术方案：一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用Cu(99.99％)、Y(99.9％)的金属原料，按重量百分比配制Cu-Y合金，Cu的重量百分比为60％，Y的重量百分比为40％；
步骤2：将称量好的金属原料混合置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在保护气体的保护下熔炼合金锭，非自耗电弧熔炼炉中电弧熔炼的工作电流为150A；
步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中，运用真空铜辊单辊旋淬技术制备Cu-Y非晶，破碎后的合金锭放入石英管之前需要经过100目筛筛选；
步骤4：将Cu-Y非晶将合金锭破碎后放入石英管中，石英管置于感应加热线圈中将合金试料熔化；
步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上，获得非晶态条带；
步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中，真空退火炉的退火时间为4h，退火温度为500℃；
步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)为原料，混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内在保护气体的保护下熔炼；
步骤8：将步骤7中熔炼得到的合金经过冷拉加工处理，得到弥散强化铜合金，再经检测，淘汰不合格产品，得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。
在步骤2和步骤7中，保护气体为纯氩保护气，纯氩保护气的压力值为0.06MPa。
本发明通过Cu-Y非晶中间合金的氧化，获得比重与基体Cu接近的Cu-Y2O3结合体，以此为基础直接熔炼制得了组织均匀、可控的ODS-Cu合金；同时省略了繁琐的制粉和粉料处理过程，采用直接铸造合金的方法保证了合金成分的均匀，可实用性强。
使用方法
一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用Cu(99.99％)、Y(99.9％)的金属原料，按重量百分比配制Cu-Y合金；
步骤2：将称量好的金属原料混合置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，在保护气体的保护下熔炼合金锭；
步骤3：将合金锭破碎后放入石英管中，运用真空铜辊单辊旋淬技术制备Cu-Y非晶；
步骤4：将Cu-Y非晶将合金锭破碎后放入石英管中，石英管置于感应加热线圈中将合金试料熔化；
步骤5：熔化后的合金试料喷射到水冷铜辊上，获得非晶态条带；
步骤6：将制得的非晶条带放入真空退火炉中；
步骤7：将非晶条带和Cu(99.99％)为原料，混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内在保护气体的保护下熔炼；
步骤8：将步骤7中熔炼得到的合金经过冷拉加工处理，得到弥散强化铜合金，再经检测，淘汰不合格产品，得到成品三氧化二钇弥散强化铜合金。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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