（材料加工工程专业论文）电阻焊弥散无氧铜电极材料的研制.pdf

中南工业大学硕士学位论文摘要 摘要 本文目的在于采用机械台金化的方法研制一种高强、高导电极材料 弥散铜电极材料。弥散铜电极材料具有强度高、导电性好、软化温 度高等特性，是目前作电极材料最佳的一种选择，国外已广泛应用于汽 车行业。我国对弥散铜电极的研究仍处于初级阶段，采用内氧化法制各。 用这种方法制备的弥散铜材料的主要问题有：1 、细小的a l ：o ，弥散分布 不均匀，造成材料力学性能差，并且其工艺复杂。2 、塑性差。难加工 成品率低。本文就弥散铜电极的制备进行了一些基础研究与探索。 a i ：0 ，是否能细小弥散分布在c u 基体中，是制各弥散铜电极的关键， 机械含金化是制备弥散材料的一种比较可行、简单的方法。为此目的， 本文采用机械合金化法制备电极用弥散铜材料，然后通过压型、烧结、 塑性变形加工成电极零件。、7 7 通过热模拟压缩实验，获得了弥散铜的高温真应力一应变曲线，发 现其高温强度要比其它电极材料要商。本文还分析了弥散铜材料成形的 塑性理论，通过大量实验数据，导出其高温本构方程的数学表达式。 l 在h p 工作站上，利用d e f o r m 有限元分析软件，对弥散铜镦挤变 形过程进行了数值模拟，发现其锥形部位的应力较高、应变较大，温升 高、致密化也较快。材料充满型腔时，载荷会急剧直线上升。因此，为 保证模具不开裂，在实际镦挤时，应留有余量。r 。 将加工好的电极成品的性能，与常规的铜铬锆电极相比，表明其导 电率、高温强度都高；与l g 公司现用的进口铜电极进行比较，焊接性能 基本一样，某些性能指标甚至高于它。本产品的研制成功，为今后弥散 铜电极材料的生产提供了实验依据。 关键词：弥散铜电极机械合金化镦挤数值模拟 中南r 啦大学砸十学位论文 a b s t r a c t t h ea i mo ft h i sp a p e ri st od e v e l o pan e wk i n do f h i g hs t r e n g t ha n dh i g l l e l e c t r i c c o n d u c t i v i t y e l e c t r o d e m a t e r i a l sb ym e c h a n i c a la l l o y i n 甙m a ) - - t h e a l u m i n u mo x i d ed i s p e r s i o ns t r e n g t h e n e dc o p p e r ( o d s c ) e l e c t r o d em a t e r i a l s o d s ci so n eo ft h ef i r s t - r a n ke l e c t r o d em a t e r i a l sn o w , w h i c hp o s s e s sh i 曲 s t r e n g t h ，h i g h e l e c t r i c c o n d u c t i v i t y a n dh i g h s o f t e n i n gt e m p e r a t u r e i n t h e d e v e l o p e dc o u n t r i e s i tw a sw i d e l yu s e di nt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r y h o w e v e l t h ei n v e s t i g a t i o no fo d s ce l e c t r o d ei no u rc o u n t r yi si nt h ei n i t i a ls t a g e s b y m e a n so fi n n e ro f i d a t i o n f o r m e l t h em a i n p r o b l e m s a r et h a tt h e i n h o m o g e n e o u s d i s t r i b u t i o no ff i n ea l u m i n u mo x i d ei nt h em a t r i xw i l ll e a dt o b a dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo f t h em a t e r i a l s ，a n dt h ep l a s t i e i t yo f t h em a t e r i a l s i sn o t g o o d ，t h ed e f o r m a t i o n i sd i f f i c u l ta n dt h e p r o d u c t i v i t y i sl o w t h e m a n u f a c t u r e p r o c e s so f t h eo d s c e l e c t r o d eh a sb e e ns t u d i e di nt h i sp a p e r i nt h em a n u f a c t u r ep r o c e s so ft h eo d s ce l e c t r o d e ，t h ek e yt e c h n i q u ei st o m a k et h ef i n ea 1 2 0 3p a r t i c l e sd i s p e r s e dh o m o g e n e o u s l yi nt h ec um a t r i x i th a s p r o v e nt h a t m ai sa n e f f e c t i v e ，s i m p l ea n dc o n v e n i e n tm e t h o d t h e nt h e p o w d e rm i x e db ym a i sp r e s s e d ，s i n t e r e da n dd e f o r m e dt oe l e c t r o d eb yp l a s t i c d e f o r m a t i o n t h et r u es t r e s s t r u es t r a i nf l o wc u l w e so ft h eo d s cw e r eo b t a i n e db y c o m p r e s s i o nt e s t i n go ng l e e b l e 1 5 0 0s i m u l a t o r i th a sb e e nf o u n dt h a tt h e s t r e n g t ho fa l u m i n u mo x i d ed i s p e r s i o ns t r e n g t h e n e dc o p p e r i sh i g h e rt h a nt h a t o fo t h e re l e c t r o d em a t e r i a l s t h el l i 曲t e m p e r a t u r ec o n s t i t u t i v ee q u a t i o n sw e r e a l s oo b t a i n e db y r e g r e s s i o nm e t h o d 1 1 1 ep r e s s - e x t r u s i o np r o c e s sw a ss i m u l a t e dw i t h 酬c o d ed e f o r m t mo n ah p 1 3 4 bw o r ks t a t i o n i tw a gf o u n dm a ti nt h ep y r a m i da r e aw h e r et h es t r e s s a n ds t r a i na r eh i 曲，t h et e m p e r a t u r er i s e sa n dt h ed e n s i t yi n c r e a s e sr a p i d l yt h e l o a di n c r e a s ea b r u p t l yw h e nt h em a t e r i a lf i l l e du pt h ed i ec a v i t y t h u si nt h e p r a c t i c a lm a n u f a c t u r ep r o c e s s t h e r es h o u l d b es o m ed e f o r m a t i o na l l o w a n c et o 2 - 中南工业大学硕士学位沧文 摘要 p r o v e t h ed i e 丘d m r u p t u r e t h ee l e c t r o d e s p r o d u c e db ym a a r eh i g h e r c o n d u c t i v i t ya n dh i g h e rs 船n g t h t h a nt h ec o m m o nc u c r z re l e c t r o d e s a n di t s w e l d i n gp e r f o r m a n c e a p p r o x i m a t e st oo re v e ne x c e e d st h a to f t h ei m p o r t e de l e c t r o d e su s i n gi nl g c o m p a n y , t h ep r o c e s sd e v e l o p e d i nt h e p r e s e n ti n v e s t i g a t i o np r o v i d e d f o u n d a t i o nf o rt h ef u t u r e p r a c t i c a lm a n u f a c t u r eo f t h eo d s c e l e c t r o d em a t e r i a l k e y w o r d s ：a l u m i n u mo x i d ed i s p e r s i o ns t r e n g t h e n e dc o p p e r , e l e c t r o d e ， m e c h a n i c a la l l o y i n g ，p r e s s - e x t r u s i o n 。n u m e r i c a ls i m u l a t i o n - 3 - 中南t 大学硕十学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 前言 点焊是广泛使用于汽车工业为主的车辆制造业和家用电器制造业 的一种焊接方法，具有焊接效率高的优点。点焊是将上，下两个电极 压靠在被焊两金属扳的两侧，短时间内通以强大的电流在两块之间产 生很高的接触电阻热，使该两金属板进行高温焊合( 见图l - 1 ) 。 w e l c h n gc u r r e n t i o5 k a c o m 矿e $ s l v et o r c e 19 l k n 图i 1 电阻点焊装置门 因此，电极是在大电流、高温、高压条件下工作的，也极应具有传 输电流、传递压力和散热的作用1 3 l 。 l 、传输电流 传输电流是电极的基本功能，由于点焊机的焊接回路的阻抗很低， 焊接区的电阻非常小。为了在短时间内获得足以可以形成熔核的热量必 须以极大的电流通过电极流向焊件根据焊件金属的性能和厚度焊接 电流常常高达数千安，甚至数万安。这时，流过电极工作面的电极电流密 度高达每平方毫米数百至数千安。例如点焊碳钢板规范的电流密度范 围是2 0 0 - 6 0 0 a r a m 2 ，点焊不锈钢的电流密度范围是3 0 0 - 4 0 0 a r a m 2 ，点 中南t q p 大学硕+ 学位论文 第一章文献综述 焊铝和铝合金的电流密度范围在1 0 0 0 2 0 0 0 , a m m 2 1 3 】之间。可见，这一电 流已远远超出了常用导线安全电流密度的1 0 0 1 0 0 0 倍，是其所不能承 受的。 2 、传递压力 根据点焊工艺的要求，要使焊点或接头联接牢固，不产生飞溅、裂 纹或疏松等缺陷，保持焊点的稳定，点焊时必须通过电极向焊件施加一 定的焊接压力。根据焊件性质，这个压力可以有几十牛到几千牛，从而 在电极内部引起很大的内应力，例如：常用低碳钢焊接时的电极压强为 3 0 1 4 0 m p a ，焊接不锈钢的电极压强为2 5 0 4 0 0 m 融，焊接高温合金电极 压强则高达4 0 0 - 9 0 0 m p a f ”，由于电极工作面直接接触焊点，承受焊接所 产生的高温，上述压强在常温下对一般铜合金电极的影响不大，在8 7 0 t ( 以上时，就可能超出一些铜合金的屈服极限，引起电极工作面的迅速变 形和压溃，造成电极头部严重变形而无法工作。 3 、电极的散热作用 在点焊过程中焊接电流流过焊件时所产生的热量，只有一部分用 于生成熔核，大部分热量则是通过上，下电极的传热而散失的，少部分 由焊接金属自身散失掉，电极引起的散热作用在焊接薄板时尤其明显， 对于厚度为l m m 厚钢板电极散失的热量约占输入总量的7 0 - 8 0 另外，焊接时，焊接区的温度高达5 0 0 6 5 0 ，屯极顶端部位的 温度甚至高达8 0 0 。 因此电极在焊接过程中承受大电流、高温、高压的作用，工作条件 十分恶劣。这对铜合金已接近极限条件所以，人们一直致力于寻找新 型的电阻焊用电极材料。 1 2 电撮材料现状同 目前，电阻焊电极合金大致可分为加工变形类的铜合金和钨钼铜烧 结合金两大类，其中，应用比较广泛的材料见表1 1 。 从中可以看出，上述电极材料的软化温度都较低，即高温热稳定性 方面难以达到使用要求。实际应用中表现出使用寿命不长和出现熔敷现 象，不仅导致电极头维护和更换的麻烦，而且使生产效率降低和生产成 本增加。 - 2 - 中南t 忡大学硕十学位论文 第一章文献综述 表1 - 1常用电极材料性能。 代号成分制造方法维氏硬度导电率软化温度 ( 重量) ( 3 0 k g )( m s m ) ( ) c u ( + a g ) a8 5 5 61 5 0 c l l e t p 不小于 b9 05 6 9 99 0 c5 05 6 d4 05 0 c u c d l c d 0 7 1 3a9 0 4 52 5 0 b9 5 4 3 c9 0 4 5 c u c r j c r o 3 1 2a 1 2 54 34 7 5 b1 4 04 3 c1 0 04 3 d8 5 4 3 c u c r 。z r c r 0 5 1 4a 1 3 04 35 0 0 z r 0 0 2 - 0 2b1 4 04 3 c1 0 04 3 c u c o ，b ec 0 2 o 2 8a1 9 02 34 7 5 b e 0 4 - 0 7b1 8 02 3 c1 8 02 3 d1 8 02 3 表中：a - 2 5 以上冷加工：b 一不冷加工：c 锻造；d - - - 铸造 白七十年代来，美国s c m 公司成功地应用内氧化法进行工业规模生 产，推出了c 1 5 7 1 5 ，c 1 5 7 6 0 两种牌号的弥散铜，主要用作点焊电极材料 ( 见表1 - 2 ) 。 表1 2 ：弥散铜的化学成分及电极性能 牌号成分硬度电阻率熔点软化温度延伸率 ( h r b ：( u o m )( )( )( ) c 1 5 7 1 5 9 9 7 c l l + 7 61 8 61 0 8 39 3 01 8 0 3 a j 2 0 3 c 1 5 7 6 0 9 8 9 c u + 8 3 2 2 1 1 0 8 39 3 01 3 1 1 喇2 0 l 中南t 大学硬+ 学位论文第一章文献综述 可以看出。弥散铜电极材料不仅硬度高，导电率和导热率也高。而 且它的软化点高达9 0 0 以上。 除美国之外，日、英，俄等国的弥散铜已有相当规模的工业生产能力， 并制定了相应的产品标准。例如，日本小原金属工业公司生产出牌号为 “d h o m ”的弥散铜电极，性能与s c m 公司产品类似。但该产品为专利 产品，生产工艺仍属保密。 我国对弥散铜电极的研究起步较晚，在7 0 年代初期才正式列项研究。 洛阳铜加工厂技术研究中心、沈阳有色金属加工厂及中南工业大学等都 采用内氧化法研制过此类电极，但一直未正式投入批量生产。其主要原 因是产品质量尚不能完全满足用户不断提高的要求。如l g 公司的彩色显 像管防爆带焊接时，由于电流极大而导致电极头部易磨损、开裂、粘 焊等，电极寿命短。另外，弥散铜普遍塑性差，加工困难，造成生产成 品率低。因此，仍需对提高其塑性，改善加工性能进行探索。 总之，弥散铜电极的应用前景是非常广阔的，它不但具有十分优良 的抗高温软化性，同时兼有良好的导电、导热性能，是目前所有高强高 导铜合金中最佳的一种。并且在国外，已成功用于作电阻焊电极。国外 汽车行业广泛应用弥散铜电极代替铜铬合金电极，成功地克服了后者在 焊接镀锌钢板过程中焊头易粘结现象，改善焊接质量，显著提高自动化 电阻焊的生产效率。 1 3 弥散铜的性能【l 】啪 ( 1 ) 弥散铜与无氧铜性能比较( 见表卜3 ) 从表1 3 中可以看出，弥散铜与无氧铜相比，导电、导热率没有降 低多少，两其力学性能却大大提高，高温燕稳定性好，强度高。 ( 2 ) 弥散铜与c u - c r 比较( 见表1 4 、图1 2 、图1 - 3 ) 可看出，弥散铜电极长度磨损量为c u - c r 电极的一半左右，寿命是 铜铬电极的2 4 倍，因此，它们形成簟状( 电极头部变形) 的速率低。 并且具有对镀锌钢不烧附的特性，所以，可将整修和更换电极作业相关 的停机时间减低到最低限度，这对大量组装生产线中的自动压机和机器 人自动焊接操作特别重要。另外，形成簟状的速率低，这使得在焊接时 不必经常增大电流，从而可节约大量能源。 中南t 大学硕十学位论文第一章文献综述 表l 一3 弥散铜与无氧铜的性能比较 性能c 1 5 7 1 5c 1 5 7 6 0无氧铜 熔点， 1 0 8 31 0 8 31 0 8 3 密度，于2 0 ，g c m 3 8 8 48 8 48 9 4 电阻率，于2 0 ，u q r a 1 8 62 2 11 7 1 导电率，于2 0 ，i a c s 9 27 81 0 1 导热率，于2 0 ，w m k 3 6 53 2 23 9 1 硬度，h b 1 2 01 3 04 5 抗张强度，m p a 5 4 15 4 12 2 0 延伸率，1 81 65 0 软化温度， 9 3 09 3 01 5 0 表l - 4 弥散铜与c u - c r 的性能比较1 成分硬度导电率 电极材料( h v )( i a c s ) a l ，o ，c r c u c u - a 1 2 0 3 o 7 1 剩余 1 3 9 8 5 2 1 0 3 剩余 1 4 5 8 3 7 c u c r 1 0 5剩余 1 4 6 8 5 o ? i - - n o 毫螺氍拓戗样船桩时厦音捍甚 8 一氍碗艉董相z4 一f c 耆盘电t 舔长构证音辱冀i g 一鬣节甓鲑和zr - - n j 音盘电甚幂氍的馄音焊罐 图1 - 2 弥敬铜与c u - c r 电极寿命对比嗍7 5 中南t 大学弼+ 学位论文 第一章文献综述 口苷毫直 n t2j5 ， ， c s 霹】 l l ：f ； f 2 l 3 ：k r 4 - i s ；皓 l llf i iij o 一不牯着， 一鞋任牯看- 用小力向上撮井邕恒 一中等估着锕版向上拉时工件事由 一严重粘着轲向上拉工停事盎 - 一叠严重牯着 ：a 1 ：0 3 - c u 用力皿于拉出小辑j b ：c r c u 图1 - 3 弥散铜与c u r 电极焊点数对电极粘着的影响【” i 4 强化机理1 1 i 完全没有晶格缺陷的理想晶体的强度。就是理论强度。而在工业实 际应用中，金属总是存在着晶格缺陷。实际强度不到理论强度的百分之 一。因此，要对材料进行强化处理。现在用的电投头合金普遍是通过周 溶强化、加工硬化和时效硬化来强化的。 固溶强化是借助其它元素加入到基体金属中来完成的添加元素的 原子进入到基体金属晶格中，以形成固溶体。这些添加的原子阻止相邻 原子面相互滑移，从而阻碍塑性变形。但固溶合金在绝对温标固相线温 度的i 2 左右，就将丧失它们的大部分强度。 加工硬化是在低于金属再结晶的温度下，将金属进行冷加工或塑性 变形，使强度、硬度提高。而大部分纯金属的再结晶温度皆位于其绝对 温标熔点的i 3 i 2 之间将冷加工的金属加热到再结晶温度时，实质上， 先前的全部强化皆将消失。 时效硬化是将元素添加于基体金属中。以形成亚稳固溶体；髓后进 行沉淀热处理时，在基体金属或基体中形成金属阃化合物原子偏聚团或 颗粒。这些颗粒将阻止原子面滑移但当加热刭比原来沉淀热处理的温 度高的温度时，这些金属间化合物颗粒长大最终又形成固溶体。这就 导致用沉淀热处理获得的强度完全丧失。 - 6 - 中南tq p _ 大学碗十学位论膏第一章文献综述 从上面可以看出，这几种强化机理，都是在相对较低温度下，强化 效果就开始失效。因此，合金高温热稳定性方面仍不能完全满足要求， 而问题实际在于它们本身的结构特点，即它们都是通过金属内部组织的 某种畸变来强化，所以在实际使用中，当它们达到某一温度时，因畸变 晶格的回复或再结晶而发生软化。 弥散强化是i r m a r m 于1 9 4 9 年最先在烧结铝制品中发现的 5 。机理是： 在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应 力才能克服障碍向前移动，所以其强度高。因此，弥散相粒子稳定不长 大是强化的前提之一。对于弥散强化铜，弥散体为a l ：q ，因为：0 3 熔 点高，具有坚固、完整的晶格，化学性质极为稳定，不具有吸湿性，在 铜中几乎不溶解，并与铜不发生化学反应，能较有效的制成细颗粒状。 它虽在高温下有结构类型的变化( a y ) ，但在1 0 0 0 以下仍是稳定 的。因而，弥散体：0 ，使弥散锕具有较高的热稳定性。 1 5 弥敦铜电极的制各工艺 如果用常规的熔铸工艺制造弥散强化铜，由于熔融金属与氧化物间 的界面能很高，这将会导致絮凝：另外，由予基体金属与弥散体的密度 悬殊( 铜= 8 9 4 孚c m 3 ，氧化铝= 3 9 0 咖1 3 ) ，这会导致熔体中产生偏析。所 以，所有制造弥散强化材料的现行工艺，实质上，都是粉末冶金。常用 的有：内氧化和机械合金化法。 ( 1 ) 内氧化法嗍 由于c u 与a l ：o ，的湿润性很差，用内氧化方法来制备。不仅可获得 细小弥散分布的a | 2 0 3 粒子，而且制成的鹕还有较高的热力学稳定性。 同时，颗粒分布十分均匀，所以含朋2 0 3 的铜材最适于进行内氧化制备。 其工艺是：熔炼稀释的铜铝固溶合金，用氮之类的高压气体雾化熔 体。将制成的粉末与氧化剂相混合。氧化剂主要是由细的氧化铜粉组成。 将混合粒加热到高温：铜氧化物分解，同时生成的氧扩散到铜铝固溶合 金的颗粒中。铝比铜易生成氧化物，因此，合金中的铝被优先氧化生成 a i ：o ，。在全部铝都被氧化后，在氢或分解氨气氛中将粉末进行加热，以 还原粉末中的过量氧。但是，该工艺过程较复杂，技术参数控制难度大， 制造成本高。生产实际中，如控制不当，难以获得2 0 3 均匀、弥散的分 了 中南t q p 大学硕十学位论文 第一章文献综述 布，从而导致组织和性能的不均，因而塑性差，加工困难。 ( 2 ) 机械合金化( m a ) 机械合金化 2 2 1 1 2 - 3 1 技术作为一种新型的制备弥散强化材料的方法，提高 了合金化的灵活性并导致硬质稳定相弥散分布细而均匀的显微结构。这 种细的显微组织在热处理过程中是很稳定的不易发生再结晶。因此为 进一步提高铜合金的高温性能提供了有效手段。 机械合金化也是制取弥散粉末比较简单、成本较低的一种方法。这 是因为a l ，o ，粉在c u 粉中的湿润性差( 几乎为零) ，两种粉末间几乎不溶 解，不发生化学反应。弥散强化效果很大程度上可通过控制两种粉末的 颗粒尺寸和颗粒形状来实现。基体与弥散相颗粒尺寸相差越大，则弥散 的效果越好。至于颗粒形状，一般认为球形颗粒形状可能比片状颗粒好 因为片状颗粒中，平行短轴原子面上的位错运动阻力较小，而球形粒子 对任何原子面上的位错具有相同的阻力。 综上所述用机械合金化制备弥散强化粉末，其工艺参数易控制。在 实际操作中更容易使砧：o ，达到弥敖分布，使材料性能均匀、塑性好、 易加工。所以，综合各方面考虑，我们采用机械合金化制冬弥散粉末。 但是，用机械合金化来制各弥散无氧铜，由于铜塑性好，在干式球磨的 过程中很容易焊合，造成粒度增大。所以要控制好m a 的工艺参数。 i 6 课题来源及本研究的目的和主要研究内容 图1 4 为l g 公司2 l 寸及2 5 寸彩电防爆带点焊焊接情况。2 1 寸施加 压力6 k g ，左点电流7 s k a ，右点电流8 k a ，电极焊点直径0 4 m m ：2 5 寸 先预焊中间4 点，再焊上四点，电流8 8 k a 。下四点。电流9 k a 。施加压 力7 2 k g ，工作时间1 秒，其中通电时间1 2 微秒，余下压紧、冷却。 日 2 l 寸防爆带 2 5 寸防爆带 图l - 4 防爆带焊点示意图 中南t q p 丈学硕十学位论文第一章文献综述 图1 - 5 是进口电极的金相组织，可以看出，除电极材料的原因外，进 口电极还经过了很大的塑性变形，才有如此较好的高温性能。 ( a ) 纵向( 1 0 0 )( b ) 横向( 1 0 0 x ) 图l 一5 ：进1 2 1 电极的金相组织( f e q c l ，盐酸水溶液侵蚀) 从上面可以看出，电极的工作环境非常恶劣。彩显管防爆带焊接时， 电流大，用普通电极，因寿命短，无法达到要求。目前，l g 公司一直采 用进口电极，不仅成本很高，而且需耗费大量外汇。因此，本文的目的 就是要研制出一种新型的电极来代替它。 本文结合目前国内lg 彩色显像管防爆带焊接工艺，参考国外弥散 铜电极制作的工艺，制定如下的工艺流程： 研究中针对m a 、压型、烧结、镦挤等工艺。选取适当的工艺参数。 研究用m a 制备弥散材料的弥散效果。通过对弥散铜材料高温压缩实验， 提出了弥散铜材料流动方程的模型，并根据实验数据得到了该材料流动 中南工业大学硬士学位论文 第一章文献综述 流动方程的数学表达形式。利用d e f o r m 软件。通过对弥散铜镦挤的有 限元数值模拟分析，说明了弥散铜在镦挤过程中的变形特性、致密化规 律以及载荷曲线以此作参考，来制定镦挤的工艺参数，并和实际镦挤 实验进行对比，反过来验证d e f o r m 数值模拟系统的正确性。最后，将 制作出的弥散铜电极进行现场实验，与韩国电极进行对比。进一步证明 了弥散铜电极的优越性。 1 0 中南工业大学硕士学位论文 第二章 坯料的制备 第二章坯料的制备 2 1 机械合金化 机械合金化( m a ) 方法就是将两种或两种以上的金属粉末在球磨 机内使其在高能研磨过程中发生塑性变形、冷焊和研磨的综合过程。通 过机械合金化，可控制粉末的粒度，使粉末的显微组织产生强化特征相， 可以使相弥散分布。从而改善最终产品的力学性能。 机械合金化作为一种制备弥散强化合金的方法，提高了合金化的灵 活性，并导致硬质稳定相弥散分布的细雨均匀的显微结构，为进步提 高铜合金的高温性能提供了有效手段。 另外，由于烧结制品的性能，在很大程度上取决于物料混合后各组 元分布的均匀程度，更为重要的是，在嚣散铜坯料的制备中，是否能达 到弥散铜的各种性能，关键一步是a 1 2 0 3 是否能细小弥散的分布。 因此，我们采用m a 法将c u 和a 1 2 0 j 粉混合，保证a l ：o ，粉细小而 弥散分布在c u 的基体中。细小颗粒的a l ：q 钉扎位错，a h 0 3 小颗粒愈多， 位错线需要更大的应力才能克服障碍向前滑移。从而起颗粒强化和弥散 强化的作用。随a 1 2 0 3 含量的进一步提高，由于铜与a 1 2 0 3 不润湿性更强 烈需要更有效的粘结剂，因此，孔隙增多，硬度降低。另外，a l i 岛若 含量过低，起不到强化作用。所以，参考国外产品，我们取a 1 2 0 3 含量为 0 4 w t ，c u 粉为9 9 6 m a 设备：高能球磨机 滚筒内径：0 6 0 m m 不锈钢钢球平均直径 0 6 m m 原料：c u 粉2 0 0 目 a k q 粉 lu i l l 配料：铜粉9 9 6 + h h o , 粉0 4 w t 中南t 4 1 , 大学硕十学位论文第二章坯料的制备 图2 - 1 ( a ) 铜粉的s e m 图 ( b ) 铜粉和a 1 2 0 3 粉的s e m 图 从图中可以看出，铜粉和舢2 0 3 粉都是球形的，两种粉末尺寸相差很 大，这是保证粉末弥散分布的前提条件之一。 进行机械合金化时，影响因素有1 2 1 ：( 1 ) 球磨筒的转速；( 2 ) 装球量， 一般球磨机的装填系数为o ，4 - 0 5 ，随转速增大，可略有增加：( 3 ) 球料 比，一般在球体的装填系数为0 4 5 时，装料量应该以填满球间的空隙 稍掩盖住球体表面为原则；( 4 ) 球的大小，一般是大小不同的球配合使 用，取平均直径由6 r a m ；( 5 ) 球磨时间：( 6 ) 被混科物的性质，脆性或 塑性。 由于铜粉是塑性材料，在球磨时，极易自粘结，所以，时间一