一种铜合金及其制备方法与应用与流程

本发明属于合金，公开了一种铜合金及其制备方法与应用。

背景技术：

1、cu-cr系合金是当前研究和应用的高强高导铜合金中的主流合金体系。常温下cr元素在铜中的固溶度小于0.03wt.％，几乎无法固溶，即使在共晶点1076℃时溶解度也仅为0.73wt.％，经时效析出后，弥散强化效果强烈。铜合金分为高强高导、高强中导和中强中导三类材料。其中，高强高导铜材料作为一种结构功能材料，具有优良的综合物理性能和力学性能，比如高拉伸强度和高导电性，并具有良好综合工业性能，广泛应用于现代工业诸多领域。

2、在cu-cr系合金中添加第三元合金元素是进一步改善合金综合性能的方法，但是第三元合金元素的选择十分困难。例如fe元素在共晶温度下的溶解度为4wt.％，而在常温下则降至0.3wt.％，形成铜基固溶体和α-fe。虽然fe元素剪切模量高又价廉易得，但fe在cu中扩散速度慢，凝固后呈过饱和固溶体，且fe元素的固溶对铜合金的导电性危害极大。因此通常采取热处理手段来促进fe在低温下析出，恢复合金的电导率，以达到调控cu-fe合金的强度与导电性能的目的。市售cu-fe-ag-p系铜合金，主要通过加入p元素与fe元素形成fe2p强化相，还通过添加ag元素加快fe2p的析出来改善其综合性能，但只能制得高强中导型铜合金，限制了其潜在应用。

3、铜合金中o元素的存在将带来氧化问题，与铜基体反应形成cuo、cu2o等氧化物，或与合金元素等产生氧化物，削弱力学效果，降低合金的导电性。氧化程度与合金的制备工艺密切相关，例如采用机械合金化或磁控溅射技术制备的铜合金，由于组织细密，较传统的粉末冶金法，其氧化增重较小。对于cu-cr系铜合金而言，cr粉易于氧化，导致合金的导电性不佳。由此，面对实际应用需求，如何在尽可能小地牺牲铜的导电性前提下，大幅度提高铜合金的强度，仍需进一步探究。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：在尽可能保留铜的导电性前提下，如何在铜合金制备时大幅度提高铜合金的强度；同时，在铜合金制备时如何避免金属粉末出现氧化，确保退火烧结后块材性能。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种铜合金及其制备方法与应用。

3、一方面，本发明提供了一种铜合金的制备方法，其包括：将cr粉、mo粉和cu粉分别置于流动的co气氛环境中，通过机械合金化得到cr-mo-cu合金粉末，并进行退火处理，热压烧结制得所述铜合金；

4、以cr-mo-cu合金粉末的质量计，所述活性炭粉的添加量为0.1～0.5wt.％。

5、进一步地，在本发明所述铜合金的制备方法中，所述cr粉、mo粉和cu粉在流动的co气氛环境中，200～300℃保温1～2h。

6、进一步地，在本发明所述铜合金的制备方法中，所述co的流速为15ml/min～40ml/min。

7、进一步地，在本发明所述铜合金的制备方法中，所述机械合金化包括：将cr粉和mo粉进行机械合金化得到cr-mo合金粉末，再将cr-mo合金粉末和cu粉进行二次机械合金化得到cu-cr-mo合金粉末。

8、进一步地，在本发明所述铜合金的制备方法中，以质量百分比计，所述铜合金由cr4.3～5.0％、mo 4.0～5.2％，余量为cu构成。

9、另一方面，本发明请求保护一种铜合金，其采用本发明所述的制备方法制得。

10、进一步地，本发明提供的铜合金中，所述铜合金的拉伸强度不低于1000mpa，断后伸长率不高于10％，iacs不低于46％。

11、另一方面，本发明涉及上述铜合金在含能棒壳体材料制备中的应用。

12、进一步地，本发明提供的应用中，所述含能棒壳体材料用于地层裂隙扩展。

13、本发明所述含能棒壳体材料为含能材料的壳体，含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，是炸药、发射药、推进剂和烟火剂配方的重要组成部分。本发明所述含能棒壳体材料为热分解型，能够在受到一定的能量刺激后迅速分解，释放出大量的热能。这种材料通常用于生产炸药和火工品，因为它们能够快速产生高温和高压，从而引起爆炸。

14、与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点：

15、(1)本发明将cr粉、mo粉和cu粉分别置于流动的co气氛环境中，并在退火前加入少量的活性炭粉。在真空退火时，活性炭粉可与机械合金化时吸附的氧气反应生成二氧化碳，并被高真空排气台抽出。同时，活性炭粉还可还原氧化物，达到净化金属粉末的目的。另外，cr粉和活性炭粉反应生成碳化物cr23c6，碳化物cr23c6有助于提高铜合金性能。为避免活性碳粉残余导致的铜合金性能不佳，本发明通过性能测试证实，活性炭粉的加入量须控制在0.5wt.％以下。

16、(2)本发明在cu-cr系合金中添加难熔金属mo作为第三元合金元素，用于提升铜合金的性能。难熔金属mo具有优异的高温性能，热导率高，导电性较优，膨胀系数低，能提高铜合金的耐热性。mo与cr同为体心立方bcc结构，抑制时效析出，避免析出相因析出速度过快而异常长大。此外mo也可作为弥散强化铜基复合材料的强化相，其固溶度极低不产生晶格畸变，且导电性远高于化合物颗粒，因此在弥散强化、提高软化温度的同时，避免了对铜的导电性产生较大影响。

技术特征：

1.一种铜合金的制备方法，其特征在于，包括：将cr粉、mo粉和cu粉分别置于流动的co气氛环境中，通过机械合金化得到cr-mo-cu合金粉末，并进行退火处理，热压烧结制得所述铜合金；

2.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，所述cr粉、mo粉和cu粉在流动的co气氛环境中，200～300℃保温1～2h。

3.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，所述co的流速为15ml/min～40ml/min。

4.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，所述机械合金化包括：将cr粉和mo粉进行机械合金化得到cr-mo合金粉末，再将cr-mo合金粉末和cu粉进行二次机械合金化得到cu-cr-mo合金粉末。

5.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述铜合金由cr 4.3～5.0％、mo 4.0～5.2％，余量为cu构成。

6.一种铜合金，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的制备方法制得。

7.根据权利要求6所述的铜合金，其特征在于，所述铜合金的拉伸强度不低于1000mpa，断后伸长率不高于10％，iacs不低于46％。

8.权利要求6所述的铜合金在含能棒壳体材料制备中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述含能棒壳体材料用于地层裂隙扩展。

技术总结本发明属于合金技术领域，公开了一种铜合金及其制备方法与应用。本发明提供了一种铜合金，以质量百分比计，所述铜合金由Cr4.3～5.0％、Mo 4.0～5.2％，余量为Cu。本发明还提供了一种铜合金的制备方法，包括：将Cr粉、Mo粉和Cu粉分别置于流动的CO气氛环境中，通过机械合金化得到Cr‑Mo‑Cu合金粉末，并进行退火处理，热压烧结制得所述铜合金；所述退火处理前加入微量活性炭粉。本发明解决了铜合金制备时，金属粉末出现氧化，导致退火烧结后块材性能不佳的问题。技术研发人员：张旭,郭彦强,王国娟,陈闯,张世瑾,乔凯受保护的技术使用者：西安航天化学动力有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2