Mg/Al还原法制备CuCr/CuCrAl2O3合金

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CuCr合金作为一类重要的功能结构材料,因其具有较高的强度、硬度及优异的导电、导热性能,被广泛地应用于制备集成电路引线框架、电阻焊电极、触头材料、电工插头等产品。随着电子工业的迅速发展,对CuCr合金的综合物理性能提出了更高的要求。铜合金的高强度和高导电性是一对相矛盾的特性,传统提高CuCr合金性能的方法主要是固溶及时效处理,由于合金元素含量较低,固溶强化作用受到限制,抗拉强度不太理想。CuCr合金通常采用中频感应熔炼来制备,由于Cu、Cr熔点及密度相差较大,在熔炼过程中Cr极易发生偏析,需要在高温下长时间保温并搅拌,以保证Cr充分溶解到Cu熔液。且制备出的合金存在晶粒粗大,杂质含量高等问题。因此,改善CuCr合金的组织,制备具有更为优越综合性能的CuCr合金具有非常重要的意义。高性能CuCr合金的制备技术对CuCr合金的发展有重要作用,本文通过原位反应法制备CuCr合金,以改善其生产工艺,并采用冷轧变形及时效处理改善其组织分布。引入纳米Al2O3颗粒,通过高能球磨制备出高度弥散分布的复合粉末,并通过冷压烧结及SPS烧结两种固相烧结方式来制备CuCrAl2O3合金,以改善其性能。利用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对CuCr及CuCrAl2O3合金进行了测试与分析。相关结论如下:(1)利用CuMg20还原Cr2O3可制备出0.57~4.92 wt.%Cr含量的CuCr合金,其Cr颗粒分布均匀,未发现明显孔洞及杂质。这种方法能够明显减少熔炼时间,有效节约制造成本。通过塑性变形及热处理可进一步改善CuCr合金的性能,经80%冷轧变形的CuCr合金在450℃保温120min时效后,其强度达453±6.5 MPa,导电率高达86.2%IACS。(2)通过高能球磨获得了细小、弥散分布的Cu-Cr-Al2O3复合粉末,而后经冷压烧结可制备出1~5 wt.%Cr含量的CuCrAl2O3合金。热轧变形及退火可以有效减少合金中存在孔洞、金属夹杂物、偏析等缺陷。经热轧变形75%、450℃ 1 h退火后,1 wt.%Cr含量的CuCrAl2O3合金的导电率可达76.5%IACS,显微硬度可达124.78 HV。(3)高能球磨分阶段处理混合粉末可获得颗粒尺寸在5~10 μm的细小均匀分布的复合粉末。SPS烧结过程中,固溶至Cu及均匀分布的Al与Cu2O原位反应生成了Al2O3,制备出CuCrAl2O3合金。该合金随着Al2O3含量的增加,其硬度呈上升趋势,导电率呈下降趋势。其晶粒尺寸集中分布于0~0.5μm,晶界大部分呈大角度分布,晶内位错密度较低。此外,在晶界处发现了大量纳米颗粒。与CuCr合金相比,该合金的硬度有明显的提高。
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