權利要求

1.一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，包括以下步驟：

將目標銅合金圓棒進行鋸切處理后，獲得目標銅合金圓棒片;將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，另一個端面保持鋸切毛面;

基于所述目標銅合金圓棒，選取目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下;

裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料。

2.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述目標銅合金圓棒的直徑為50mm-75mm，長度為10mm-40mm。

3.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述目標銅合金圓棒片進行車光處理的一個端面的粗糙度<6.4，所述目標銅合金圓棒片保持鋸切毛面的一個端面的粗糙度>12.5。

4.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述燒結復合處理采用熱壓燒結爐進行;所述燒結復合處理的溫度為750℃-980℃，所述燒結復合處理的壓力為35Mpa-65Mpa，所述燒結復合處理的時間為3min-20min。

5.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述金屬粉的粒徑為-60目;

所述金屬粉為單質粉、混合粉和合金粉中的任意一種。

6.根據(jù)權利要求5所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述金屬粉的成分為純銅粉、CuCr混合粉、銅鉻鋯和銅鉻鈮中的任意一種;所述CuCr混合粉中的鉻含量為20wt%-50wt%。

7.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述目標銅合金圓棒片與所述金屬粉的重量比為1～3。

8.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，在所述裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料的步驟之后，還包括：

采用噴砂機對所述復合銅合金材料進行表面噴砂清潔處理;

所述表面噴砂清潔處理采用的砂子為氧化鋁材料，粒度為-100目;所述表面噴砂清潔處理的壓力為5.0Mpa。

9.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，所述復合銅合金材料的結合面釬焊率為100%;復合效率為1h/爐。

10.根據(jù)權利要求1所述銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，其特征在于，當所述目標銅合金圓棒為Cu棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrZr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-51Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrNb混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-53Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-45Ms/m。

說明書

技術領域

[0001]本申請涉及有色金屬材料制造技術領域，具體涉及一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法。

背景技術

[0002]中低壓觸頭的生產加工技術已經(jīng)趨近成熟，在材料選擇方面也基本達到最佳配比;但是為了在滿足產品性能的基礎上盡可能避免材料、工序、能源浪費，則需要產品上下游供應鏈根據(jù)使用效果各自進行優(yōu)化，其中重點方向為材料優(yōu)化和工序優(yōu)化;

根據(jù)觸頭的開斷次數(shù)和報廢統(tǒng)計，80%以上的觸頭開關在燒蝕40%左右時就徹底報廢，相當于每件觸頭產品至少有50%的高度部分屬于僅提供結構支持的材料浪費。隨著復合技術的大力發(fā)展：電鍍、冷熱噴涂、焊接、熱壓燒結、3D打印等技術都能穩(wěn)定完成兩種材料的復合，進而實現(xiàn)觸頭無效50%部分的低成本材料替換，但是電鍍、冷熱噴涂和3D打印的復合成本過高，焊接則是因為焊料成本高、工藝復雜多變且對材料表面要求較高，否則容易釬焊率低形成焊接不良。

[0003]隨著熱壓燒結技術的不斷成熟，固體+固體、粉體+粉體或粉體+固體都已能通過該工藝獲得復合效果優(yōu)良、產品全致密的零件。其中粉體+固體的復合方式在綜合考慮成本和不良率等因素后，被確認為最適合進行替換材料復合的低成本便捷工藝。

[0004]但現(xiàn)有技術的復合方式在實踐中成功率較低，并且通常會因為不同固體的膨脹系數(shù)不同而損壞模具。

發(fā)明內容

[0005]本申請的主要目的在于提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，旨在解決現(xiàn)有技術在對合金材料復合時成功率較低的技術問題。

[0006]為實現(xiàn)上述目的，本申請的實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本申請實施例提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，包括以下步驟：

將目標銅合金圓棒進行鋸切處理后，獲得目標銅合金圓棒片;將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，另一個端面保持鋸切毛面;

基于所述目標銅合金圓棒，選取目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下;

裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料。

[0007]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒的直徑為50mm-75mm，長度為10mm-40mm。

[0008]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒片進行車光處理的一個端面的粗糙度<6.4，所述目標銅合金圓棒片保持鋸切毛面的一個端面的粗糙度>12.5。

[0009]作為本申請一些可選實施方式，所述燒結復合處理采用熱壓燒結爐進行;所述燒結復合處理的溫度為750℃-980℃，所述燒結復合處理的壓力為35Mpa-65Mpa，所述燒結復合處理的時間為3min-20min。

[0010]作為本申請一些可選實施方式，所述金屬粉的粒徑為-60目;

所述金屬粉為單質粉、混合粉和合金粉中的任意一種。

[0011]作為本申請一些可選實施方式，所述金屬粉的成分為純銅粉、CuCr混合粉、銅鉻鋯和銅鉻鈮中的任意一種;所述CuCr混合粉中的鉻含量為20wt%-50wt%。

[0012]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒片與所述金屬粉的重量比為1～3。

[0013]作為本申請一些可選實施方式，在所述裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料的步驟之后，還包括：

采用噴砂機對所述復合銅合金材料進行表面噴砂清潔處理;

所述表面噴砂清潔處理采用的砂子為氧化鋁材料，粒度為-100目;所述表面噴砂清潔處理的壓力為5.0Mpa。

[0014]作為本申請一些可選實施方式，所述復合銅合金材料的結合面釬焊率為100%;復合效率為1h/爐。

[0015]作為本申請一些可選實施方式，當所述目標銅合金圓棒為Cu棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrZr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-51Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrNb混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-53Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-45Ms/m。

[0016]在當前市場中，眾多技術被廣泛采用，但本申請所提出的工藝方案在生產工序方面實現(xiàn)了顯著的簡化，相較于這些技術，它在操作流程上也更加簡便易行。這使得它特別適合于大規(guī)模坯料的生產制造工作。具體來說，首先將目標銅合金圓棒進行鋸切處理，從而獲得目標銅合金圓棒片;接著，將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，而另一端則保持鋸切后的毛面狀態(tài);然后，基于所述目標銅合金圓棒，選取合適的目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下;裝料完成后進行燒結復合處理，從而獲得復合銅合金材料。在本申請所提出的工藝方案中，對基體圓棒與粉末接觸面進行了粗糙度的設計，這樣的設計目的是促進粉末在熱壓過程中的均勻擴散，從而達到更加卓越的復合效果。此外，與模具壓頭接觸面的光滑設計是為了避免在熱壓過程中由于多點受力而產生過大的壓強，進而防止對模具造成不必要的損害。進一步地，本申請所提出的工藝方案采用了固體與粉體相結合的復合方式，這種做法與傳統(tǒng)的固體與固體相結合的方式有所不同。選擇這種復合方式是基于對粉體材料熱膨脹速率的考量，因為粉體材料的熱膨脹速率相對較慢，能夠更好地與固體基底的熱膨脹速率相匹配。這樣的匹配可以有效避免因為兩種固體材料熱膨脹速率差異過大而導致的模具損害，從而提高了生產過程的穩(wěn)定性和產品的質量。

附圖說明

[0017]圖1為本申請實施例涉及的銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法的流程示意圖;

圖2為本申請實施例涉及的固定模具結構示意圖;圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，25表示為磨具外圓;

圖3為本申請實施例涉及的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具結構示意圖;圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，35表示為模具內襯，36表示為下半部分外環(huán)，37表示為上半部分外環(huán)，38表示為石墨紙層,39表示為內襯的外絲;

圖4為本申請實施例2涉及的復合銅合金材料50x的金相圖像;

圖5為本申請實施例2涉及的復合銅合金材料100x的金相圖像。

具體實施方式

[0018]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本申請，并不用于限定本申請。

[0019]據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，技術文獻1揭示了一種高導熱性及均勻性的金剛石/銅復合材料的制備技術，其包含以下步驟：金剛石的預處理、銅箔片的加工、結構的組裝以及燒結定型。該技術采用銅箔片作為基體材料，金剛石作為復合粉末，通過快速熱壓燒結與高壓熔滲燒結相結合的方式進行燒結，最終制備出具有超高熱導率的復合材料。技術文獻2描述了一種銅基復合材料/鈦合金雙金屬的制備方法，其主要步驟包括對WB2/CuSn10復合材料和TC6鈦合金的圓柱棒進行打磨、酸洗以及熱壓燒結。該方法制備的產品在高壓柱塞泵缸體材料與工藝方面實現(xiàn)了高強度、高耐磨性與輕量化。

[0020]上述兩項技術文獻均采用了快速熱壓燒結復合技術，并且均與銅合金相關聯(lián)。然而，技術文獻1中的復合材料比例低于20%，其研發(fā)目的并非旨在降低材料成本，且復合材料并非銅合金;技術文獻2雖然實現(xiàn)了兩種材料的復合，但其復合方式為固體與固體的結合，與本申請所采用的固體與粉末復合方式并不相同。此外，固體與固體的復合方式在實際應用中成功率較低，并且由于不同固體材料的膨脹系數(shù)差異，通常會導致模具損壞。

[0021]基于此，本申請實施例提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟S10、將目標銅合金圓棒進行鋸切處理后，獲得目標銅合金圓棒片;將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，另一個端面保持鋸切毛面。其中，所述目標銅合金圓棒片進行車光處理的一個端面的粗糙度<6.4，所述目標銅合金圓棒片保持鋸切毛面的一個端面的粗糙度>12.5。其中，所述目標銅合金圓棒的直徑為50mm-75mm，長度為10mm-40mm。

[0022]步驟S20、基于所述目標銅合金圓棒，選取目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下。所述金屬粉的粒徑為-60目(即使用60目篩網(wǎng)過篩以后的篩下粉末，也就是對應15000/60=250微米，粒徑小于250微米的粉末);所述金屬粉為單質粉、混合粉和合金粉中的任意一種。所述金屬粉的成分為純銅粉、CuCr混合粉、銅鉻鋯和銅鉻鈮中的任意一種;所述CuCr混合粉中的鉻含量為20wt%-50wt%。需要說明的是，所述目標銅合金圓棒片與所述金屬粉的重量比為1～3。

[0023]所述目標石墨模具包括如圖2所示的固定模具(即外環(huán)為一體的模具)，或圖3所示的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具(即外環(huán)為分體的模具);在所述圖2中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片(接觸下壓頭的面光滑平整，接觸粉末的面粗糙)，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，25表示為磨具外圓。在所述圖3中，圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，35表示為模具內襯，36表示為下半部分外環(huán)，37表示為上半部分外環(huán)，38表示為石墨紙層,39表示為內襯的外絲(用于和外環(huán)絲配合，調節(jié)外環(huán)模具間距)。

[0024]步驟S30、裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料。其中，所述燒結復合處理采用熱壓燒結爐進行;所述燒結復合處理的溫度為750℃-980℃，所述燒結復合處理的壓力為35Mpa-65Mpa，所述燒結復合處理的時間為3min-20min。

[0025]在完成所述裝料步驟后，本發(fā)明進一步技術方案還包括：

利用噴砂機對復合銅合金材料執(zhí)行表面噴砂清潔處理;

在所述表面噴砂清潔處理中，采用氧化鋁作為砂料，其粒度為-100目;處理壓力設定為5.0Mpa。

[0026]本申請詳細展示了如何通過金屬粉與基體的復合技術，成功地制備出了一體化的金屬構件。在熱壓燒結的過程中，金屬粉端與基體之間實現(xiàn)了超越傳統(tǒng)焊接技術的完全結合，這種結合方式不僅提高了構件的整體性能，還顯著增強了其結構的穩(wěn)定性。此外，這項技術還避免了常規(guī)擠壓鍛造步驟的復雜性和成本，直接滿足了金屬機械加工的要求，從而為金屬構件的生產提供了一種更為高效和經(jīng)濟的解決方案。

[0027]經(jīng)過上述步驟，復合銅合金材料的結合面釬焊率可達100%，復合效率為1小時/爐。復合銅合金材料的電導率與目標銅合金圓棒材質及金屬粉材質密切相關，具體表現(xiàn)為：

若目標銅合金圓棒為Cu棒，金屬粉為CuAl彌散銅粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至42Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuAl彌散銅粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至42Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCrZr混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為46Ms/m至51Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCrNb混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為46Ms/m至53Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCr混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至45Ms/m。

[0028]為便于本領域技術人員對本申請技術方案進行理解，下面結合具體實施例對本申請所述技術方案進行詳細說明：

實施例1

使用基體為Φ50xL的擠壓純銅圓棒，使用鋸床切成20mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量350g，準備單片對應的-60目CuAl(彌散銅粉)復合用粉末176g;使用內孔Φ50的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度800℃，燒結壓力48Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為38Ms/m。

[0029]實施例2

使用基體為Φ75xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成25mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量987g，準備單片對應的-60目CuAl(彌散銅粉)復合用粉末435g;使用內孔Φ75的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度850℃，燒結壓力48Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為40Ms/m。

[0030]對本實施例所獲得的復合銅合金材料進行不同倍數(shù)的金相測試，其中，50x的金相圖像如圖4所示，100x的金相圖像如圖5所示。通過觀察金屬粉和基體的復合面金相，A、可以看出金屬粉與基體從邊緣到中心實現(xiàn)了100%結合(也就是釬焊率100%);B、可以看出金屬粉與基體的結合界面在截取圖上不是呈現(xiàn)一條平直的線，說明兩種材料的結合方式從兩個平面變成無數(shù)凹凸面的方式，增加了結合強度;C、可以看出金屬粉和基體出現(xiàn)了材料浸入式的相互滲透，進一步提高了結合強度。

[0031]實施例3

使用基體為Φ75xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成13mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量514g，準備單片對應的-60目CuCrZr復合用粉末237g;使用內孔Φ75的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度900℃，燒結壓力45Mpa，保溫時間10min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為48Ms/m。

[0032]實施例4

使用基體為Φ50xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成35mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量615g，準備單片對應的-60目CuCrNb復合用粉末350g;使用內孔Φ50的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-目標銅合金圓棒片-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度930℃，燒結壓力50Mpa，保溫時間20min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，在粉末層中間切開獲得2件復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為49Ms/m。

[0033]實施例5

使用基體為Φ50xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成25mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量439g，準備單片對應的-60目CuCr25復合用機械混合粉末330g;使用內孔Φ50的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-目標銅合金圓棒片-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度815℃，燒結壓力45Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為37Ms/m。

[0034]實施例1-實施例5所述方法的復合效率均為1h/爐。

[0035]以上所述僅為本申請的較佳實施例，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。

">

技術領域

[0001]本申請涉及有色金屬材料制造技術領域，具體涉及一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法。

背景技術

[0002]中低壓觸頭的生產加工技術已經(jīng)趨近成熟，在材料選擇方面也基本達到最佳配比;但是為了在滿足產品性能的基礎上盡可能避免材料、工序、能源浪費，則需要產品上下游供應鏈根據(jù)使用效果各自進行優(yōu)化，其中重點方向為材料優(yōu)化和工序優(yōu)化;

根據(jù)觸頭的開斷次數(shù)和報廢統(tǒng)計，80%以上的觸頭開關在燒蝕40%左右時就徹底報廢，相當于每件觸頭產品至少有50%的高度部分屬于僅提供結構支持的材料浪費。隨著復合技術的大力發(fā)展：電鍍、冷熱噴涂、焊接、熱壓燒結、3D打印等技術都能穩(wěn)定完成兩種材料的復合，進而實現(xiàn)觸頭無效50%部分的低成本材料替換，但是電鍍、冷熱噴涂和3D打印的復合成本過高，焊接則是因為焊料成本高、工藝復雜多變且對材料表面要求較高，否則容易釬焊率低形成焊接不良。

[0003]隨著熱壓燒結技術的不斷成熟，固體+固體、粉體+粉體或粉體+固體都已能通過該工藝獲得復合效果優(yōu)良、產品全致密的零件。其中粉體+固體的復合方式在綜合考慮成本和不良率等因素后，被確認為最適合進行替換材料復合的低成本便捷工藝。

[0004]但現(xiàn)有技術的復合方式在實踐中成功率較低，并且通常會因為不同固體的膨脹系數(shù)不同而損壞模具。

發(fā)明內容

[0005]本申請的主要目的在于提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，旨在解決現(xiàn)有技術在對合金材料復合時成功率較低的技術問題。

[0006]為實現(xiàn)上述目的，本申請的實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本申請實施例提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，包括以下步驟：

將目標銅合金圓棒進行鋸切處理后，獲得目標銅合金圓棒片;將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，另一個端面保持鋸切毛面;

基于所述目標銅合金圓棒，選取目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下;

裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料。

[0007]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒的直徑為50mm-75mm，長度為10mm-40mm。

[0008]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒片進行車光處理的一個端面的粗糙度<6.4，所述目標銅合金圓棒片保持鋸切毛面的一個端面的粗糙度>12.5。

[0009]作為本申請一些可選實施方式，所述燒結復合處理采用熱壓燒結爐進行;所述燒結復合處理的溫度為750℃-980℃，所述燒結復合處理的壓力為35Mpa-65Mpa，所述燒結復合處理的時間為3min-20min。

[0010]作為本申請一些可選實施方式，所述金屬粉的粒徑為-60目;

所述金屬粉為單質粉、混合粉和合金粉中的任意一種。

[0011]作為本申請一些可選實施方式，所述金屬粉的成分為純銅粉、CuCr混合粉、銅鉻鋯和銅鉻鈮中的任意一種;所述CuCr混合粉中的鉻含量為20wt%-50wt%。

[0012]作為本申請一些可選實施方式，所述目標銅合金圓棒片與所述金屬粉的重量比為1～3。

[0013]作為本申請一些可選實施方式，在所述裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料的步驟之后，還包括：

采用噴砂機對所述復合銅合金材料進行表面噴砂清潔處理;

所述表面噴砂清潔處理采用的砂子為氧化鋁材料，粒度為-100目;所述表面噴砂清潔處理的壓力為5.0Mpa。

[0014]作為本申請一些可選實施方式，所述復合銅合金材料的結合面釬焊率為100%;復合效率為1h/爐。

[0015]作為本申請一些可選實施方式，當所述目標銅合金圓棒為Cu棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuAl彌散銅粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-42Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrZr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-51Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCrNb混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為46Ms/m-53Ms/m;

當所述目標銅合金圓棒為CuCr1棒，所述金屬粉為CuCr混合粉時，所述復合銅合金材料的電導率為36Ms/m-45Ms/m。

[0016]在當前市場中，眾多技術被廣泛采用，但本申請所提出的工藝方案在生產工序方面實現(xiàn)了顯著的簡化，相較于這些技術，它在操作流程上也更加簡便易行。這使得它特別適合于大規(guī)模坯料的生產制造工作。具體來說，首先將目標銅合金圓棒進行鋸切處理，從而獲得目標銅合金圓棒片;接著，將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，而另一端則保持鋸切后的毛面狀態(tài);然后，基于所述目標銅合金圓棒，選取合適的目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下;裝料完成后進行燒結復合處理，從而獲得復合銅合金材料。在本申請所提出的工藝方案中，對基體圓棒與粉末接觸面進行了粗糙度的設計，這樣的設計目的是促進粉末在熱壓過程中的均勻擴散，從而達到更加卓越的復合效果。此外，與模具壓頭接觸面的光滑設計是為了避免在熱壓過程中由于多點受力而產生過大的壓強，進而防止對模具造成不必要的損害。進一步地，本申請所提出的工藝方案采用了固體與粉體相結合的復合方式，這種做法與傳統(tǒng)的固體與固體相結合的方式有所不同。選擇這種復合方式是基于對粉體材料熱膨脹速率的考量，因為粉體材料的熱膨脹速率相對較慢，能夠更好地與固體基底的熱膨脹速率相匹配。這樣的匹配可以有效避免因為兩種固體材料熱膨脹速率差異過大而導致的模具損害，從而提高了生產過程的穩(wěn)定性和產品的質量。

附圖說明

[0017]圖1為本申請實施例涉及的銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法的流程示意圖;

圖2為本申請實施例涉及的固定模具結構示意圖;圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，25表示為磨具外圓;

圖3為本申請實施例涉及的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具結構示意圖;圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，35表示為模具內襯，36表示為下半部分外環(huán)，37表示為上半部分外環(huán)，38表示為石墨紙層,39表示為內襯的外絲;

圖4為本申請實施例2涉及的復合銅合金材料50x的金相圖像;

圖5為本申請實施例2涉及的復合銅合金材料100x的金相圖像。

具體實施方式

[0018]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本申請，并不用于限定本申請。

[0019]據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，技術文獻1揭示了一種高導熱性及均勻性的金剛石/銅復合材料的制備技術，其包含以下步驟：金剛石的預處理、銅箔片的加工、結構的組裝以及燒結定型。該技術采用銅箔片作為基體材料，金剛石作為復合粉末，通過快速熱壓燒結與高壓熔滲燒結相結合的方式進行燒結，最終制備出具有超高熱導率的復合材料。技術文獻2描述了一種銅基復合材料/鈦合金雙金屬的制備方法，其主要步驟包括對WB2/CuSn10復合材料和TC6鈦合金的圓柱棒進行打磨、酸洗以及熱壓燒結。該方法制備的產品在高壓柱塞泵缸體材料與工藝方面實現(xiàn)了高強度、高耐磨性與輕量化。

[0020]上述兩項技術文獻均采用了快速熱壓燒結復合技術，并且均與銅合金相關聯(lián)。然而，技術文獻1中的復合材料比例低于20%，其研發(fā)目的并非旨在降低材料成本，且復合材料并非銅合金;技術文獻2雖然實現(xiàn)了兩種材料的復合，但其復合方式為固體與固體的結合，與本申請所采用的固體與粉末復合方式并不相同。此外，固體與固體的復合方式在實際應用中成功率較低，并且由于不同固體材料的膨脹系數(shù)差異，通常會導致模具損壞。

[0021]基于此，本申請實施例提供一種銅合金粉末與基體快速熱壓復合方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟S10、將目標銅合金圓棒進行鋸切處理后，獲得目標銅合金圓棒片;將所述目標銅合金圓棒片的一個端面進行車光處理，另一個端面保持鋸切毛面。其中，所述目標銅合金圓棒片進行車光處理的一個端面的粗糙度<6.4，所述目標銅合金圓棒片保持鋸切毛面的一個端面的粗糙度>12.5。其中，所述目標銅合金圓棒的直徑為50mm-75mm，長度為10mm-40mm。

[0022]步驟S20、基于所述目標銅合金圓棒，選取目標石墨模具;并在所述目標石墨模具中按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙-上壓頭的順序完成裝料，其中，所述目標銅合金圓棒片經(jīng)過車光處理的一個端面朝下。所述金屬粉的粒徑為-60目(即使用60目篩網(wǎng)過篩以后的篩下粉末，也就是對應15000/60=250微米，粒徑小于250微米的粉末);所述金屬粉為單質粉、混合粉和合金粉中的任意一種。所述金屬粉的成分為純銅粉、CuCr混合粉、銅鉻鋯和銅鉻鈮中的任意一種;所述CuCr混合粉中的鉻含量為20wt%-50wt%。需要說明的是，所述目標銅合金圓棒片與所述金屬粉的重量比為1～3。

[0023]所述目標石墨模具包括如圖2所示的固定模具(即外環(huán)為一體的模具)，或圖3所示的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具(即外環(huán)為分體的模具);在所述圖2中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片(接觸下壓頭的面光滑平整，接觸粉末的面粗糙)，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，25表示為磨具外圓。在所述圖3中，圖中，1表示為下壓頭，2表示為目標銅合金圓棒片，3表示為金屬粉，4表示為上壓頭，35表示為模具內襯，36表示為下半部分外環(huán)，37表示為上半部分外環(huán)，38表示為石墨紙層,39表示為內襯的外絲(用于和外環(huán)絲配合，調節(jié)外環(huán)模具間距)。

[0024]步驟S30、裝料完成后進行燒結復合處理，獲得復合銅合金材料。其中，所述燒結復合處理采用熱壓燒結爐進行;所述燒結復合處理的溫度為750℃-980℃，所述燒結復合處理的壓力為35Mpa-65Mpa，所述燒結復合處理的時間為3min-20min。

[0025]在完成所述裝料步驟后，本發(fā)明進一步技術方案還包括：

利用噴砂機對復合銅合金材料執(zhí)行表面噴砂清潔處理;

在所述表面噴砂清潔處理中，采用氧化鋁作為砂料，其粒度為-100目;處理壓力設定為5.0Mpa。

[0026]本申請詳細展示了如何通過金屬粉與基體的復合技術，成功地制備出了一體化的金屬構件。在熱壓燒結的過程中，金屬粉端與基體之間實現(xiàn)了超越傳統(tǒng)焊接技術的完全結合，這種結合方式不僅提高了構件的整體性能，還顯著增強了其結構的穩(wěn)定性。此外，這項技術還避免了常規(guī)擠壓鍛造步驟的復雜性和成本，直接滿足了金屬機械加工的要求，從而為金屬構件的生產提供了一種更為高效和經(jīng)濟的解決方案。

[0027]經(jīng)過上述步驟，復合銅合金材料的結合面釬焊率可達100%，復合效率為1小時/爐。復合銅合金材料的電導率與目標銅合金圓棒材質及金屬粉材質密切相關，具體表現(xiàn)為：

若目標銅合金圓棒為Cu棒，金屬粉為CuAl彌散銅粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至42Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuAl彌散銅粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至42Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCrZr混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為46Ms/m至51Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCrNb混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為46Ms/m至53Ms/m;

若目標銅合金圓棒為CuCr1棒，金屬粉為CuCr混合粉，則復合銅合金材料的電導率范圍為36Ms/m至45Ms/m。

[0028]為便于本領域技術人員對本申請技術方案進行理解，下面結合具體實施例對本申請所述技術方案進行詳細說明：

實施例1

使用基體為Φ50xL的擠壓純銅圓棒，使用鋸床切成20mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量350g，準備單片對應的-60目CuAl(彌散銅粉)復合用粉末176g;使用內孔Φ50的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度800℃，燒結壓力48Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為38Ms/m。

[0029]實施例2

使用基體為Φ75xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成25mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量987g，準備單片對應的-60目CuAl(彌散銅粉)復合用粉末435g;使用內孔Φ75的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度850℃，燒結壓力48Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為40Ms/m。

[0030]對本實施例所獲得的復合銅合金材料進行不同倍數(shù)的金相測試，其中，50x的金相圖像如圖4所示，100x的金相圖像如圖5所示。通過觀察金屬粉和基體的復合面金相，A、可以看出金屬粉與基體從邊緣到中心實現(xiàn)了100%結合(也就是釬焊率100%);B、可以看出金屬粉與基體的結合界面在截取圖上不是呈現(xiàn)一條平直的線，說明兩種材料的結合方式從兩個平面變成無數(shù)凹凸面的方式，增加了結合強度;C、可以看出金屬粉和基體出現(xiàn)了材料浸入式的相互滲透，進一步提高了結合強度。

[0031]實施例3

使用基體為Φ75xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成13mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量514g，準備單片對應的-60目CuCrZr復合用粉末237g;使用內孔Φ75的固定模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度900℃，燒結壓力45Mpa，保溫時間10min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為48Ms/m。

[0032]實施例4

使用基體為Φ50xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成35mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量615g，準備單片對應的-60目CuCrNb復合用粉末350g;使用內孔Φ50的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-目標銅合金圓棒片-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度930℃，燒結壓力50Mpa，保溫時間20min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，在粉末層中間切開獲得2件復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為49Ms/m。

[0033]實施例5

使用基體為Φ50xL的鍛造CuCr1圓棒，使用鋸床切成25mm高度的片，并對一端進行車光，單片重量439g，準備單片對應的-60目CuCr25復合用機械混合粉末330g;使用內孔Φ50的上下可移動并帶有內環(huán)的特殊模具，按照下壓頭-石墨紙-目標銅合金圓棒片-金屬粉-目標銅合金圓棒片-石墨紙(作用是防止漏粉)-上壓頭的順序進行裝料，然后使用熱壓燒結爐(或者稱為放電等離子燒結爐)進行燒結復合，燒結溫度815℃，燒結壓力45Mpa，保溫時間15min;燒結完成一批后取件噴砂清理表面石墨紙，獲得復合銅合金材料;然后抽樣做剖面金相，查看結合面釬焊率100%;電導率使用電導率儀直接測量粉末燒結面，電導率為37Ms/m。

[0034]實施例1-實施例5所述方法的復合效率均為1h/爐。

[0035]以上所述僅為本申請的較佳實施例，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。

說明書附圖(5)