亓偉梅 孫靜 李太公

摘 要：彌散強(qiáng)化銅合金是具有優(yōu)良物理性能和力學(xué)性能的銅合金，主要介紹彌散強(qiáng)化銅的制備方法原位合成的幾種方法，同時(shí)概述國(guó)內(nèi)外彌散強(qiáng)化銅合金的生產(chǎn)情況和應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：高性能；彌散強(qiáng)化銅；制備；研究

彌散強(qiáng)化銅合金又稱(chēng)氧化鋁銅（Cu-Al2O3）合金，該合金是一種優(yōu)異的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的新型復(fù)合材料。它是以金屬銅為基體，在銅基體中加入顆粒細(xì)小而又彌散分布的納米級(jí)氧化物Al2O3質(zhì)點(diǎn)彌散相。由于Al2O3顆粒在合金中含量少在其中彌散分布，所以合金仍具有銅基體高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)電率及高軟化溫度等特性。

1 彌散強(qiáng)化銅的制備方法

彌散相三氧化二鋁（Al2O3）加入到銅基體中的方法主要由原位合成制備法和非原位合成制備法（又稱(chēng)強(qiáng)制外加法）。所謂原位合成制備法是通過(guò)鋁與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在銅基體內(nèi)合成具有強(qiáng)化作用的彌散相三氧化二鋁，用這種方式添加強(qiáng)化相要比直接添加強(qiáng)化相有很多優(yōu)點(diǎn)，銅和三氧化二鋁之間接觸面較清晰，加入的彌散相粒子細(xì)小，彌散相在合金中均勻分布。原位合成制備法是目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上制備彌散強(qiáng)化銅主要的方法。

原位合成制備方法有一下四種：

1.1 內(nèi)氧化法

在氧氣不充足的條件下氧化劑氧選擇性地與加入的極少量鋁發(fā)生氧化反應(yīng)生成三氧化二鋁的方法稱(chēng)為內(nèi)氧化法，此法是目前制備彌散強(qiáng)化銅合金的主要方法，提供氧化劑氧和控制過(guò)程是這種制備方法的關(guān)鍵問(wèn)題。也就是說(shuō)我們?nèi)绾问广~和鋁最終轉(zhuǎn)換成Cu-Al2O3合金。

目前內(nèi)氧化法仍有很多問(wèn)題，比如Al2O3對(duì)基體銅粉的燒結(jié)存在較強(qiáng)的阻礙作用，要制備三氧化二鋁銅合金生產(chǎn)成本還較高，產(chǎn)品質(zhì)量較差，這些都是需要克服的問(wèn)題，這也使得該合金的應(yīng)用范圍還有限。為克服這些不足，國(guó)內(nèi)外研究這種合金材料的科研機(jī)構(gòu)和高校都做了大量工作，努力改進(jìn)了制備工藝路線，路線可概括為：銅鋁合金熔煉→制粉→制氧源→混料→等靜壓熱處理→冷加工檢測(cè)→成品。

1.2 反應(yīng)球磨制備法

在球磨的過(guò)程中兩種或兩種以上金屬或合金通過(guò)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制備出所需合金材料的方法稱(chēng)為反應(yīng)球磨制備法。用反應(yīng)球磨制備法制備氧化銅鋁合金就是銅鋁兩種金屬在球磨過(guò)程中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成彌散相粒子。

球磨方法制備的彌散強(qiáng)化銅優(yōu)點(diǎn)如下：

彌散相顆粒尺寸細(xì)小、界面潔凈、分散均勻；銅基體晶粒在球磨中得以細(xì)化，粒度細(xì)小將近幾十納米；過(guò)程控制技術(shù)是球磨反應(yīng)制備法的關(guān)鍵，若過(guò)程控制不恰當(dāng)不僅會(huì)帶來(lái)雜質(zhì)，還會(huì)嚴(yán)重影響合金的性能。這里特別指明球磨反應(yīng)過(guò)程采取熱激化反應(yīng)和機(jī)械活化反應(yīng)相結(jié)合的方式消耗能量大，需用時(shí)間短。

1.3 混合合金法

混合合金法是兩種或兩種以上金屬采取措施轉(zhuǎn)變成液態(tài)經(jīng)混合后，再經(jīng)快速冷卻過(guò)程，最后得到所需材料的方法。最早使用混合合金法制取三氧化二鋁強(qiáng)化銅合金的是美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究者們，時(shí)間大約是上世紀(jì)90年代。采用該法的優(yōu)點(diǎn)是制備技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)的材料性能好等。

1.4 反應(yīng)噴射沉積法

彌散相粒子經(jīng)化學(xué)反應(yīng)合成，合金成型采用反應(yīng)噴射沉積的一種方法稱(chēng)為反應(yīng)噴射沉積法。傳統(tǒng)制備過(guò)程有晶粒大、制備過(guò)程復(fù)雜、氧化情況嚴(yán)重等不足，這種噴射法克服了這些不足，但是該種方法仍有很多不足之處，需我們繼續(xù)改進(jìn)。

2 國(guó)內(nèi)外彌散強(qiáng)化銅合金的生產(chǎn)情況

彌散強(qiáng)化銅的工業(yè)生產(chǎn)歷史悠久，最早是采用內(nèi)氧化法生產(chǎn)的美國(guó)SCM公司，該公司在生產(chǎn)技術(shù)成熟后，即投入了生產(chǎn)，隨后一些國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行研究學(xué)習(xí)制備。早期制備的彌散強(qiáng)化銅合金是比較松散的，其致密性根本達(dá)不到要求，制備過(guò)程中參數(shù)不好控制，控制不好強(qiáng)化相就很容易出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，而且氧和鋁反應(yīng)也很不完全，這樣導(dǎo)致合金中未參與反應(yīng)的固溶元素會(huì)增多，從而顯著降低氧化鋁銅合金的電導(dǎo)率、強(qiáng)度、硬度等物理性能。上世紀(jì)九十年代以來(lái)，由于市場(chǎng)的需求，制備強(qiáng)化銅合金的工藝不斷改進(jìn)，制備技術(shù)不斷開(kāi)發(fā)，市場(chǎng)出現(xiàn)多種制備工藝制備的彌散強(qiáng)化銅合金產(chǎn)品。制備方法雖然有很多種，但是目前內(nèi)氧化法已經(jīng)成為強(qiáng)化銅制備的主要方法。

3 氧化鋁銅合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域

最初使用彌散強(qiáng)化銅合金是用作電極，后又被加工用作焊接，例如用作焊接鋼板，組裝點(diǎn)焊電池極片、電子電器元件，用作大興船舶錨鏈焊接中用作閃光焊電極。

另外氧化鋁強(qiáng)化銅合金還用在導(dǎo)電裝置中，還用作引線用，比如白熾燈的引線、二極管的引線；在某些焊接中有時(shí)需要大電流，一般銅導(dǎo)線電纜不能滿(mǎn)足要求，就用這種強(qiáng)化銅合金。另外一些電器開(kāi)關(guān)的觸頭、一些熱交換器的配件、制作模具的材料都是用的這種合金。隨著氧化鋁強(qiáng)化銅原位合成工藝的不斷改進(jìn)和研究的不斷深入，氧化鋁銅合金目前已在電子行業(yè)、精密儀器、國(guó)防科技等應(yīng)用較多。

彌散強(qiáng)化銅合金在高科技領(lǐng)域也有很多應(yīng)用，如熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，特種裝備和高科技領(lǐng)域可以用在熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，電動(dòng)汽車(chē)、高速機(jī)車(chē)等方面。

彌散強(qiáng)化銅合金因性能優(yōu)良，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛。但是目前因?yàn)檫@種合金材料生產(chǎn)仍處在孕育階段我們國(guó)家因發(fā)展較晚，而且我們還需在加工工藝、制備成本及技術(shù)服務(wù)方面不斷突破。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究主要闡述了彌散強(qiáng)化銅合金幾種原位合成方法及目前國(guó)內(nèi)外研究情況和合金材料的應(yīng)用概況。用原位合成法制備的合金材料物理性能比非原位合成的合金優(yōu)良，正是由于氧化鋁銅合金材料和金屬銅相比具有這么多優(yōu)良性能，才使得這種合金材料成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，也正是由于這種合金材料性能優(yōu)良，才使得其具有很大的生產(chǎn)潛力，而且前途光明。尤其我國(guó)由于這種合成制備技術(shù)時(shí)間較短，設(shè)備、工藝、技術(shù)相比其他國(guó)家還不成熟還不完善，所以以后我們不論在理論方面，還是在實(shí)驗(yàn)研究方面及生產(chǎn)制備過(guò)程方面，都會(huì)需要人們進(jìn)一步探索。

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基金項(xiàng)目：山東省星火計(jì)劃項(xiàng)目（2013XH11009）.

作者簡(jiǎn)介：亓偉梅（1969-），女，講師，主要從事化學(xué)材料研究。