一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法技術

本發明專利技術公開了一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法，通過將微量的非金屬硅元素與氧族元素(S、Se、Te)添加至純銅原料中，形成三元銅合金，在保護性氣氛中進行預退火處理，非金屬元素經退火過程向合金表面偏析，具一定厚度穩定SiO2保護膜覆蓋的Cu

【技術實現步驟摘要】
一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法


[0001]本專利技術涉及工業金屬耗材抗氧化處理
，尤其涉及一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法。

技術介紹

[0002]銅是一種軟的、可鍛鑄的、延展性的金屬。它擁有非常廣泛的屬性，在社會經濟發展中具有不可估量的價值。由于其優異的導電性、導熱性和出色的可加工性，得到了廣泛應用。超過一半以上的銅，主要是應用于電子電力和相關產業當中，如制造電機設備、電力儀器、輸電電纜以及集成電路等。但在上述的應用中，銅制品往往受到類似氧化腐蝕的影響。例如，集成電路的封裝過程大多數都是在400℃左右的高溫下進行，由此導致的銅連接線的氧化問題不可避免。因此，探究金屬銅抗高溫氧化性能的提高十分必要。
[0003]添加合金元素是提高銅抗氧化性的常用方法。目前，已開發近百種添加金屬元素的具有優異性能的銅合金，如銅
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鈦、銅
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鋯、銅
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鐵等。然而，金屬合金元素增強銅合金在高溫仍然有較明顯的被氧化現象，說明它們提高抗氧化作用的能力較弱，限制了銅合金的廣泛應用。因此，對非金屬元素摻雜的銅合金研究十分有必要。在之前的研究中，氧族元素S、Se、Te元素及Si元素對金屬銅高溫氧化性的增強作用得到了證實。專利技術專利通過添加氧族合金提高銅抗腐蝕能力的方法(專利號ZL201010101728.5)中提到，微量的氧族元素摻雜可以顯著提高對金屬銅的抗氧化能力，使銅合金在高溫工作環境下不易被氧化，但該方法僅減緩了氧化速率，銅材料在長時間氧化后仍會被嚴重氧化。r/>[0004]另外，專利技術專利一種自生非金屬氧化物復合膜提高銅抗氧化能力的方法(專利號ZL201911044881.6)中所涉及的Si元素添加制備銅硅合金，已知銅
?
硅二元合金在經高溫預退火處理時，在基體表面可形成穩定致密的單層保護性SiO2附著膜。但該專利技術專利熱處理條件比較苛刻，所需熱處理溫度需800℃以上且退火時間需24h，才可保證所生成的保護膜致密均勻，造成生產成本過高。

技術實現思路

[0005]1.要解決的技術問題
[0006]本專利技術的目的是為了解決現有技術中熱處理條件比較苛刻，所需熱處理溫度需800℃以上且退火時間需24h，才可保證所生成的保護膜致密均勻，造成生產成本過高的問題，而提出的一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法。
[0007]2.技術方案
[0008]為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
[0009]一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法，包括以下步驟：
[0010]步驟1：將高純硅粒與高純度粒狀的氧族(S、Se、Te)元素原料混合熔煉，合金中Si和氧族元素(S、Se、Te)的濃度各為0.05
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1wt％，銅質量分數為99.9
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98wt％；
[0011]步驟2：將熔煉所需物料放于真空熔煉爐內的凹槽中，使用鈦錠為標準除氧樣品；
然后進行通放氣操作，將爐體內抽至10
?1Pa低真空，通入高純氬氣，反復進行洗氣操作5次以上，使氧濃度達最低，抽至10
?4Pa高真空環境，使熔煉爐內氧氣排盡，最終通入氬氣到平衡大氣壓，使熔煉過程中全程為氬氣保護環境；
[0012]步驟3：熔煉合金之前，首先對鈦錠進行反復熔煉，每次30s以上，除氧；熔煉鈦錠后，再對混合物料進行熔煉，每個樣品每面熔煉2
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4次，每次30s，獲得成分均勻、性能優異的合金制品；
[0013]步驟4：將熔煉所得合金錠進行砂紙打磨，然后將合金錠依次放入丙酮、酒精中超聲清洗，去除雜質；隨后將合金放入電解液里進行電解拋光，將電解拋光后的合金再用乙醇、去離子水超聲波清洗，最后使用吹風機進行冷風吹干；
[0014]步驟5：將處理好的合金在通有保護性氣氛氣體的管式爐中預退火處理，退火溫度為500℃
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800℃；退火爐內保溫240min
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1440min,并程序控溫慢速降溫至200℃后隨爐冷卻至室溫，熱處理過程全程通入保護性氣氛，氣體流速為50cm3/min。
[0015]優選地，所述步驟1中，原料Si與S(Se、Te)均為小顆粒狀，純度為99.99％，避免使用粉末狀原料，防止熔煉過程中粉塵聚集，影響合金性能；避免使用塊狀原料，防止合金熔煉不均。
[0016]優選地，所述步驟3混合物熔煉過程中，開啟熔煉爐電磁攪拌，或通過熔煉爐中的金屬勺對銅混合物進行手動翻面，每次翻面后需重新熔煉鈦錠，去除因金屬勺移動而逸入的氧氣。
[0017]優選地，所述步驟4中，對銅合金依次用400
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7000目砂紙進行機械打磨拋光；所述的電解液為磷酸，乙醇混合溶液，采用兆信恒流源，輸出電流為0.5
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2A，電壓為3
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5V，銅合金樣品置入陽極，左右兩側置入銅片為陰極，通入預設電流，拋光時間為1
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2min。
[0018]優選地，所述步驟5中，程序控溫降溫速度設置為1
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2℃/min，隨爐冷卻速度為5
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8℃/min。
[0019]優選地，所述步驟5中，保護性氣氛可以為高純氫氣，高純氬氣，以及二者以一定比例相混合的保護性氣氛。
[0020]3.有益效果
[0021]相比于現有技術，本專利技術的優點在于：
[0022](1)本專利技術中，提出的抗高溫氧化多元銅合金，顯著增強了金屬銅材料的抗氧化能力，可保證銅耗材制品在高溫空氣條件下不易被氧化，擴大合金適用范圍，延長合金保質時間。所用材料地球儲量大，廉價易得，操作流程簡單易重復，所需條件簡單易達成，可滿足銅耗材的工業生產要求，且制作過程滿足環保要求，綠色無污染，對現代金屬材料工藝發展具有重要意義。
[0023](2)本專利技術中，通過將微量的非金屬硅元素與氧族元素(S、Se、Te)添加至純銅原料中，形成三元銅合金，在保護性氣氛中進行預退火處理，非金屬元素經退火過程向合金表面偏析，具一定厚度穩定SiO2保護膜覆蓋的Cu
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S(Cu
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Se、Cu
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Te)偏析層，抑制工作環境中氧向銅材內部擴散導致銅的氧化腐蝕，不僅保留Se層保護能力，另外Se的存在促進了Si的偏析，顯著提高了金屬銅的整體抗氧化性。
[0024](3)之前專利技術中，Cu
?
Si二元合金經預退火形成的單層保護性氧化膜形成溫度和時間較高，保護膜受退火條件變化較為敏感。本專利技術涉及的合金經預退火處理，Cu
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S(Cu
?
Se、
Cu
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Te)晶格畸變有利于Si的擴散，因此SiO2成膜所需時間和溫度要求大大降低。
[0025](4)與二元Cu
?
S(Cu
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Se、Cu
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Te)合金等僅通過夾雜物偏析至金屬表面的保護機制相比，本專利技術涉本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種新型抗高溫氧化多元銅合金制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：將高純硅粒與高純度粒狀的氧族(S、Se、Te)元素原料混合熔煉，合金中Si和氧族元素(S、Se、Te)的濃度各為0.05
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1wt％，銅質量分數為99.9
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98wt％；步驟2：將熔煉所需物料放于真空熔煉爐內的凹槽中，使用鈦錠為標準除氧樣品；然后進行通放氣操作，將爐體內抽至10
?1Pa低真空，通入高純氬氣，反復進行洗氣操作5次以上，使氧濃度達最低，抽至10
?4Pa高真空環境，使熔煉爐內氧氣排盡，最終通入氬氣到平衡大氣壓，使熔煉過程中全程為氬氣保護環境；步驟3：熔煉合金之前，首先對鈦錠進行反復熔煉，每次30s以上，除氧；熔煉鈦錠后，再對混合物料進行熔煉，每個樣品每面熔煉2
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4次，每次30s，獲得成分均勻、性能優異的合金制品；步驟4：將熔煉所得合金錠進行砂紙打磨，然后將合金錠依次放入丙酮、酒精中超聲清洗，去除雜質；隨后將合金放入電解液里進行電解拋光，將電解拋光后的合金再用乙醇、去離子水超聲波清洗，最后使用吹風機進行冷風吹干；步驟5：將處理好的合金在通有保護性氣氛氣體的管式爐中預退火處理，退火溫度為500℃
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800℃；退火爐內保溫240min
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【專利技術屬性】
技術研發人員：沈濤，朱永福，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：