权利要求
1.一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
将目标铜合金圆棒进行锯切处理后，获得目标铜合金圆棒片;将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，另一个端面保持锯切毛面;
基于所述目标铜合金圆棒，选取目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下;
装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料。
2.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述目标铜合金圆棒的直径为50mm-75mm，长度为10mm-40mm。
3.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述目标铜合金圆棒片进行车光处理的一个端面的粗糙度<6.4，所述目标铜合金圆棒片保持锯切毛面的一个端面的粗糙度>12.5。
4.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述烧结复合处理采用热压烧结炉进行;所述烧结复合处理的温度为750℃-980℃，所述烧结复合处理的压力为35Mpa-65Mpa，所述烧结复合处理的时间为3min-20min。
5.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述金属粉的粒径为-60目;
所述金属粉为单质粉、混合粉和合金粉中的任意一种。
6.根据权利要求5所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述金属粉的成分为纯铜粉、CuCr混合粉、铜铬锆和铜铬铌中的任意一种;所述CuCr混合粉中的铬含量为20wt%-50wt%。
7.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述目标铜合金圆棒片与所述金属粉的重量比为1～3。
8.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，在所述装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料的步骤之后，还包括：
采用喷砂机对所述复合铜合金材料进行表面喷砂清洁处理;
所述表面喷砂清洁处理采用的砂子为
氧化铝材料，粒度为-100目;所述表面喷砂清洁处理的压力为5.0Mpa。
9.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，所述复合铜合金材料的结合面钎焊率为100%;复合效率为1h/炉。
10.根据权利要求1所述铜合金粉末与基体快速热压复合方法，其特征在于，当所述目标铜合金圆棒为Cu棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrZr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-51Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrNb混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-53Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-45Ms/m。
说明书
技术领域
[0001]本申请涉及
有色金属材料制造技术领域，具体涉及一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法。
背景技术
[0002]中低压触头的生产加工技术已经趋近成熟，在材料选择方面也基本达到最佳配比;但是为了在满足产品性能的基础上尽可能避免材料、工序、能源浪费，则需要产品上下游供应链根据使用效果各自进行优化，其中重点方向为材料优化和工序优化;
根据触头的开断次数和报废统计，80%以上的触头开关在烧蚀40%左右时就彻底报废，相当于每件触头产品至少有50%的高度部分属于仅提供结构支持的材料浪费。随着复合技术的大力发展：电镀、冷热喷涂、焊接、热压烧结、3D打印等技术都能稳定完成两种材料的复合，进而实现触头无效50%部分的低成本材料替换，但是电镀、冷热喷涂和3D打印的复合成本过高，焊接则是因为焊料成本高、工艺复杂多变且对材料表面要求较高，否则容易钎焊率低形成焊接不良。
[0003]随着热压烧结技术的不断成熟，固体+固体、粉体+粉体或粉体+固体都已能通过该工艺获得复合效果优良、产品全致密的零件。其中粉体+固体的复合方式在综合考虑成本和不良率等因素后，被确认为最适合进行替换材料复合的低成本便捷工艺。
[0004]但现有技术的复合方式在实践中成功率较低，并且通常会因为不同固体的膨胀系数不同而损坏模具。
发明内容
[0005]本申请的主要目的在于提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，旨在解决现有技术在对合金材料复合时成功率较低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请的实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，包括以下步骤：
将目标铜合金圆棒进行锯切处理后，获得目标铜合金圆棒片;将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，另一个端面保持锯切毛面;
基于所述目标铜合金圆棒，选取目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下;
装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料。
[0007]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒的直径为50mm-75mm，长度为10mm-40mm。
[0008]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒片进行车光处理的一个端面的粗糙度<6.4，所述目标铜合金圆棒片保持锯切毛面的一个端面的粗糙度>12.5。
[0009]作为本申请一些可选实施方式，所述烧结复合处理采用热压烧结炉进行;所述烧结复合处理的温度为750℃-980℃，所述烧结复合处理的压力为35Mpa-65Mpa，所述烧结复合处理的时间为3min-20min。
[0010]作为本申请一些可选实施方式，所述金属粉的粒径为-60目;
所述金属粉为单质粉、混合粉和合金粉中的任意一种。
[0011]作为本申请一些可选实施方式，所述金属粉的成分为纯铜粉、CuCr混合粉、铜铬锆和铜铬铌中的任意一种;所述CuCr混合粉中的铬含量为20wt%-50wt%。
[0012]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒片与所述金属粉的重量比为1～3。
[0013]作为本申请一些可选实施方式，在所述装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料的步骤之后，还包括：
采用喷砂机对所述复合铜合金材料进行表面喷砂清洁处理;
所述表面喷砂清洁处理采用的砂子为氧化铝材料，粒度为-100目;所述表面喷砂清洁处理的压力为5.0Mpa。
[0014]作为本申请一些可选实施方式，所述复合铜合金材料的结合面钎焊率为100%;复合效率为1h/炉。
[0015]作为本申请一些可选实施方式，当所述目标铜合金圆棒为Cu棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrZr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-51Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrNb混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-53Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-45Ms/m。
[0016]在当前市场中，众多技术被广泛采用，但本申请所提出的工艺方案在生产工序方面实现了显著的简化，相较于这些技术，它在操作流程上也更加简便易行。这使得它特别适合于大规模坯料的生产制造工作。具体来说，首先将目标铜合金圆棒进行锯切处理，从而获得目标铜合金圆棒片;接着，将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，而另一端则保持锯切后的毛面状态;然后，基于所述目标铜合金圆棒，选取合适的目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下;装料完成后进行烧结复合处理，从而获得复合铜合金材料。在本申请所提出的工艺方案中，对基体圆棒与粉末接触面进行了粗糙度的设计，这样的设计目的是促进粉末在热压过程中的均匀扩散，从而达到更加卓越的复合效果。此外，与模具压头接触面的光滑设计是为了避免在热压过程中由于多点受力而产生过大的压强，进而防止对模具造成不必要的损害。进一步地，本申请所提出的工艺方案采用了固体与粉体相结合的复合方式，这种做法与传统的固体与固体相结合的方式有所不同。选择这种复合方式是基于对粉体材料热膨胀速率的考量，因为粉体材料的热膨胀速率相对较慢，能够更好地与固体基底的热膨胀速率相匹配。这样的匹配可以有效避免因为两种固体材料热膨胀速率差异过大而导致的模具损害，从而提高了生产过程的稳定性和产品的质量。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例涉及的铜合金粉末与基体快速热压复合方法的流程示意图;
图2为本申请实施例涉及的固定模具结构示意图;图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，25表示为磨具外圆;
图3为本申请实施例涉及的上下可移动并带有内环的特殊模具结构示意图;图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，35表示为模具内衬，36表示为下半部分外环，37表示为上半部分外环，38表示为石墨纸层,39表示为内衬的外丝;
图4为本申请实施例2涉及的复合铜合金材料50x的金相图像;
图5为本申请实施例2涉及的复合铜合金材料100x的金相图像。
具体实施方式
[0018]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0019]据研究发现，技术文献1揭示了一种高导热性及均匀性的金刚石/铜
复合材料的制备技术，其包含以下步骤：金刚石的预处理、铜箔片的加工、结构的组装以及烧结定型。该技术采用铜箔片作为基体材料，金刚石作为复合粉末，通过快速热压烧结与高压熔渗烧结相结合的方式进行烧结，最终制备出具有超高热导率的复合材料。技术文献2描述了一种铜基复合材料/钛合金双金属的制备方法，其主要步骤包括对WB2/CuSn10复合材料和TC6钛合金的圆柱棒进行打磨、酸洗以及热压烧结。该方法制备的产品在高压柱塞泵缸体材料与工艺方面实现了高强度、高耐磨性与轻量化。
[0020]上述两项技术文献均采用了快速热压烧结复合技术，并且均与铜合金相关联。然而，技术文献1中的复合材料比例低于20%，其研发目的并非旨在降低材料成本，且复合材料并非铜合金;技术文献2虽然实现了两种材料的复合，但其复合方式为固体与固体的结合，与本申请所采用的固体与粉末复合方式并不相同。此外，固体与固体的复合方式在实际应用中成功率较低，并且由于不同固体材料的膨胀系数差异，通常会导致模具损坏。
[0021]基于此，本申请实施例提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S10、将目标铜合金圆棒进行锯切处理后，获得目标铜合金圆棒片;将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，另一个端面保持锯切毛面。其中，所述目标铜合金圆棒片进行车光处理的一个端面的粗糙度<6.4，所述目标铜合金圆棒片保持锯切毛面的一个端面的粗糙度>12.5。其中，所述目标铜合金圆棒的直径为50mm-75mm，长度为10mm-40mm。
[0022]步骤S20、基于所述目标铜合金圆棒，选取目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下。所述金属粉的粒径为-60目(即使用60目筛网过筛以后的筛下粉末，也就是对应15000/60=250微米，粒径小于250微米的粉末);所述金属粉为单质粉、混合粉和合金粉中的任意一种。所述金属粉的成分为纯铜粉、CuCr混合粉、铜铬锆和铜铬铌中的任意一种;所述CuCr混合粉中的铬含量为20wt%-50wt%。需要说明的是，所述目标铜合金圆棒片与所述金属粉的重量比为1～3。
[0023]所述目标石墨模具包括如图2所示的固定模具(即外环为一体的模具)，或图3所示的上下可移动并带有内环的特殊模具(即外环为分体的模具);在所述图2中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片(接触下压头的面光滑平整，接触粉末的面粗糙)，3表示为金属粉，4表示为上压头，25表示为磨具外圆。在所述图3中，图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，35表示为模具内衬，36表示为下半部分外环，37表示为上半部分外环，38表示为石墨纸层,39表示为内衬的外丝(用于和外环丝配合，调节外环模具间距)。
[0024]步骤S30、装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料。其中，所述烧结复合处理采用热压烧结炉进行;所述烧结复合处理的温度为750℃-980℃，所述烧结复合处理的压力为35Mpa-65Mpa，所述烧结复合处理的时间为3min-20min。
[0025]在完成所述装料步骤后，本发明进一步技术方案还包括：
利用喷砂机对复合铜合金材料执行表面喷砂清洁处理;
在所述表面喷砂清洁处理中，采用氧化铝作为砂料，其粒度为-100目;处理压力设定为5.0Mpa。
[0026]本申请详细展示了如何通过金属粉与基体的复合技术，成功地制备出了一体化的金属构件。在热压烧结的过程中，金属粉端与基体之间实现了超越传统焊接技术的完全结合，这种结合方式不仅提高了构件的整体性能，还显著增强了其结构的稳定性。此外，这项技术还避免了常规挤压锻造步骤的复杂性和成本，直接满足了金属机械加工的要求，从而为金属构件的生产提供了一种更为高效和经济的解决方案。
[0027]经过上述步骤，复合铜合金材料的结合面钎焊率可达100%，复合效率为1小时/炉。复合铜合金材料的电导率与目标铜合金圆棒材质及金属粉材质密切相关，具体表现为：
若目标铜合金圆棒为Cu棒，金属粉为CuAl弥散铜粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至42Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuAl弥散铜粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至42Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCrZr混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为46Ms/m至51Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCrNb混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为46Ms/m至53Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCr混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至45Ms/m。
[0028]为便于本领域技术人员对本申请技术方案进行理解，下面结合具体实施例对本申请所述技术方案进行详细说明：
实施例1
使用基体为Φ50xL的挤压纯铜圆棒，使用锯床切成20mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量350g，准备单片对应的-60目CuAl(弥散铜粉)复合用粉末176g;使用内孔Φ50的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度800℃，烧结压力48Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为38Ms/m。
[0029]实施例2
使用基体为Φ75xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成25mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量987g，准备单片对应的-60目CuAl(弥散铜粉)复合用粉末435g;使用内孔Φ75的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度850℃，烧结压力48Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为40Ms/m。
[0030]对本实施例所获得的复合铜合金材料进行不同倍数的金相测试，其中，50x的金相图像如图4所示，100x的金相图像如图5所示。通过观察金属粉和基体的复合面金相，A、可以看出金属粉与基体从边缘到中心实现了100%结合(也就是钎焊率100%);B、可以看出金属粉与基体的结合界面在截取图上不是呈现一条平直的线，说明两种材料的结合方式从两个平面变成无数凹凸面的方式，增加了结合强度;C、可以看出金属粉和基体出现了材料浸入式的相互渗透，进一步提高了结合强度。
[0031]实施例3
使用基体为Φ75xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成13mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量514g，准备单片对应的-60目CuCrZr复合用粉末237g;使用内孔Φ75的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度900℃，烧结压力45Mpa，保温时间10min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为48Ms/m。
[0032]实施例4
使用基体为Φ50xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成35mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量615g，准备单片对应的-60目CuCrNb复合用粉末350g;使用内孔Φ50的上下可移动并带有内环的特殊模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-目标铜合金圆棒片-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度930℃，烧结压力50Mpa，保温时间20min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，在粉末层中间切开获得2件复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为49Ms/m。
[0033]实施例5
使用基体为Φ50xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成25mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量439g，准备单片对应的-60目CuCr25复合用机械混合粉末330g;使用内孔Φ50的上下可移动并带有内环的特殊模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-目标铜合金圆棒片-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度815℃，烧结压力45Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为37Ms/m。
[0034]实施例1-实施例5所述方法的复合效率均为1h/炉。
[0035]以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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技术领域
[0001]本申请涉及有色金属材料制造技术领域，具体涉及一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法。
背景技术
[0002]中低压触头的生产加工技术已经趋近成熟，在材料选择方面也基本达到最佳配比;但是为了在满足产品性能的基础上尽可能避免材料、工序、能源浪费，则需要产品上下游供应链根据使用效果各自进行优化，其中重点方向为材料优化和工序优化;
根据触头的开断次数和报废统计，80%以上的触头开关在烧蚀40%左右时就彻底报废，相当于每件触头产品至少有50%的高度部分属于仅提供结构支持的材料浪费。随着复合技术的大力发展：电镀、冷热喷涂、焊接、热压烧结、3D打印等技术都能稳定完成两种材料的复合，进而实现触头无效50%部分的低成本材料替换，但是电镀、冷热喷涂和3D打印的复合成本过高，焊接则是因为焊料成本高、工艺复杂多变且对材料表面要求较高，否则容易钎焊率低形成焊接不良。
[0003]随着热压烧结技术的不断成熟，固体+固体、粉体+粉体或粉体+固体都已能通过该工艺获得复合效果优良、产品全致密的零件。其中粉体+固体的复合方式在综合考虑成本和不良率等因素后，被确认为最适合进行替换材料复合的低成本便捷工艺。
[0004]但现有技术的复合方式在实践中成功率较低，并且通常会因为不同固体的膨胀系数不同而损坏模具。
发明内容
[0005]本申请的主要目的在于提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，旨在解决现有技术在对合金材料复合时成功率较低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请的实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，包括以下步骤：
将目标铜合金圆棒进行锯切处理后，获得目标铜合金圆棒片;将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，另一个端面保持锯切毛面;
基于所述目标铜合金圆棒，选取目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下;
装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料。
[0007]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒的直径为50mm-75mm，长度为10mm-40mm。
[0008]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒片进行车光处理的一个端面的粗糙度<6.4，所述目标铜合金圆棒片保持锯切毛面的一个端面的粗糙度>12.5。
[0009]作为本申请一些可选实施方式，所述烧结复合处理采用热压烧结炉进行;所述烧结复合处理的温度为750℃-980℃，所述烧结复合处理的压力为35Mpa-65Mpa，所述烧结复合处理的时间为3min-20min。
[0010]作为本申请一些可选实施方式，所述金属粉的粒径为-60目;
所述金属粉为单质粉、混合粉和合金粉中的任意一种。
[0011]作为本申请一些可选实施方式，所述金属粉的成分为纯铜粉、CuCr混合粉、铜铬锆和铜铬铌中的任意一种;所述CuCr混合粉中的铬含量为20wt%-50wt%。
[0012]作为本申请一些可选实施方式，所述目标铜合金圆棒片与所述金属粉的重量比为1～3。
[0013]作为本申请一些可选实施方式，在所述装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料的步骤之后，还包括：
采用喷砂机对所述复合铜合金材料进行表面喷砂清洁处理;
所述表面喷砂清洁处理采用的砂子为氧化铝材料，粒度为-100目;所述表面喷砂清洁处理的压力为5.0Mpa。
[0014]作为本申请一些可选实施方式，所述复合铜合金材料的结合面钎焊率为100%;复合效率为1h/炉。
[0015]作为本申请一些可选实施方式，当所述目标铜合金圆棒为Cu棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuAl弥散铜粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-42Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrZr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-51Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCrNb混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为46Ms/m-53Ms/m;
当所述目标铜合金圆棒为CuCr1棒，所述金属粉为CuCr混合粉时，所述复合铜合金材料的电导率为36Ms/m-45Ms/m。
[0016]在当前市场中，众多技术被广泛采用，但本申请所提出的工艺方案在生产工序方面实现了显著的简化，相较于这些技术，它在操作流程上也更加简便易行。这使得它特别适合于大规模坯料的生产制造工作。具体来说，首先将目标铜合金圆棒进行锯切处理，从而获得目标铜合金圆棒片;接着，将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，而另一端则保持锯切后的毛面状态;然后，基于所述目标铜合金圆棒，选取合适的目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下;装料完成后进行烧结复合处理，从而获得复合铜合金材料。在本申请所提出的工艺方案中，对基体圆棒与粉末接触面进行了粗糙度的设计，这样的设计目的是促进粉末在热压过程中的均匀扩散，从而达到更加卓越的复合效果。此外，与模具压头接触面的光滑设计是为了避免在热压过程中由于多点受力而产生过大的压强，进而防止对模具造成不必要的损害。进一步地，本申请所提出的工艺方案采用了固体与粉体相结合的复合方式，这种做法与传统的固体与固体相结合的方式有所不同。选择这种复合方式是基于对粉体材料热膨胀速率的考量，因为粉体材料的热膨胀速率相对较慢，能够更好地与固体基底的热膨胀速率相匹配。这样的匹配可以有效避免因为两种固体材料热膨胀速率差异过大而导致的模具损害，从而提高了生产过程的稳定性和产品的质量。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例涉及的铜合金粉末与基体快速热压复合方法的流程示意图;
图2为本申请实施例涉及的固定模具结构示意图;图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，25表示为磨具外圆;
图3为本申请实施例涉及的上下可移动并带有内环的特殊模具结构示意图;图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，35表示为模具内衬，36表示为下半部分外环，37表示为上半部分外环，38表示为石墨纸层,39表示为内衬的外丝;
图4为本申请实施例2涉及的复合铜合金材料50x的金相图像;
图5为本申请实施例2涉及的复合铜合金材料100x的金相图像。
具体实施方式
[0018]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0019]据研究发现，技术文献1揭示了一种高导热性及均匀性的金刚石/铜复合材料的制备技术，其包含以下步骤：金刚石的预处理、铜箔片的加工、结构的组装以及烧结定型。该技术采用铜箔片作为基体材料，金刚石作为复合粉末，通过快速热压烧结与高压熔渗烧结相结合的方式进行烧结，最终制备出具有超高热导率的复合材料。技术文献2描述了一种铜基复合材料/钛合金双金属的制备方法，其主要步骤包括对WB2/CuSn10复合材料和TC6钛合金的圆柱棒进行打磨、酸洗以及热压烧结。该方法制备的产品在高压柱塞泵缸体材料与工艺方面实现了高强度、高耐磨性与轻量化。
[0020]上述两项技术文献均采用了快速热压烧结复合技术，并且均与铜合金相关联。然而，技术文献1中的复合材料比例低于20%，其研发目的并非旨在降低材料成本，且复合材料并非铜合金;技术文献2虽然实现了两种材料的复合，但其复合方式为固体与固体的结合，与本申请所采用的固体与粉末复合方式并不相同。此外，固体与固体的复合方式在实际应用中成功率较低，并且由于不同固体材料的膨胀系数差异，通常会导致模具损坏。
[0021]基于此，本申请实施例提供一种铜合金粉末与基体快速热压复合方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S10、将目标铜合金圆棒进行锯切处理后，获得目标铜合金圆棒片;将所述目标铜合金圆棒片的一个端面进行车光处理，另一个端面保持锯切毛面。其中，所述目标铜合金圆棒片进行车光处理的一个端面的粗糙度<6.4，所述目标铜合金圆棒片保持锯切毛面的一个端面的粗糙度>12.5。其中，所述目标铜合金圆棒的直径为50mm-75mm，长度为10mm-40mm。
[0022]步骤S20、基于所述目标铜合金圆棒，选取目标石墨模具;并在所述目标石墨模具中按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸-上压头的顺序完成装料，其中，所述目标铜合金圆棒片经过车光处理的一个端面朝下。所述金属粉的粒径为-60目(即使用60目筛网过筛以后的筛下粉末，也就是对应15000/60=250微米，粒径小于250微米的粉末);所述金属粉为单质粉、混合粉和合金粉中的任意一种。所述金属粉的成分为纯铜粉、CuCr混合粉、铜铬锆和铜铬铌中的任意一种;所述CuCr混合粉中的铬含量为20wt%-50wt%。需要说明的是，所述目标铜合金圆棒片与所述金属粉的重量比为1～3。
[0023]所述目标石墨模具包括如图2所示的固定模具(即外环为一体的模具)，或图3所示的上下可移动并带有内环的特殊模具(即外环为分体的模具);在所述图2中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片(接触下压头的面光滑平整，接触粉末的面粗糙)，3表示为金属粉，4表示为上压头，25表示为磨具外圆。在所述图3中，图中，1表示为下压头，2表示为目标铜合金圆棒片，3表示为金属粉，4表示为上压头，35表示为模具内衬，36表示为下半部分外环，37表示为上半部分外环，38表示为石墨纸层,39表示为内衬的外丝(用于和外环丝配合，调节外环模具间距)。
[0024]步骤S30、装料完成后进行烧结复合处理，获得复合铜合金材料。其中，所述烧结复合处理采用热压烧结炉进行;所述烧结复合处理的温度为750℃-980℃，所述烧结复合处理的压力为35Mpa-65Mpa，所述烧结复合处理的时间为3min-20min。
[0025]在完成所述装料步骤后，本发明进一步技术方案还包括：
利用喷砂机对复合铜合金材料执行表面喷砂清洁处理;
在所述表面喷砂清洁处理中，采用氧化铝作为砂料，其粒度为-100目;处理压力设定为5.0Mpa。
[0026]本申请详细展示了如何通过金属粉与基体的复合技术，成功地制备出了一体化的金属构件。在热压烧结的过程中，金属粉端与基体之间实现了超越传统焊接技术的完全结合，这种结合方式不仅提高了构件的整体性能，还显著增强了其结构的稳定性。此外，这项技术还避免了常规挤压锻造步骤的复杂性和成本，直接满足了金属机械加工的要求，从而为金属构件的生产提供了一种更为高效和经济的解决方案。
[0027]经过上述步骤，复合铜合金材料的结合面钎焊率可达100%，复合效率为1小时/炉。复合铜合金材料的电导率与目标铜合金圆棒材质及金属粉材质密切相关，具体表现为：
若目标铜合金圆棒为Cu棒，金属粉为CuAl弥散铜粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至42Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuAl弥散铜粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至42Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCrZr混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为46Ms/m至51Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCrNb混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为46Ms/m至53Ms/m;
若目标铜合金圆棒为CuCr1棒，金属粉为CuCr混合粉，则复合铜合金材料的电导率范围为36Ms/m至45Ms/m。
[0028]为便于本领域技术人员对本申请技术方案进行理解，下面结合具体实施例对本申请所述技术方案进行详细说明：
实施例1
使用基体为Φ50xL的挤压纯铜圆棒，使用锯床切成20mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量350g，准备单片对应的-60目CuAl(弥散铜粉)复合用粉末176g;使用内孔Φ50的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度800℃，烧结压力48Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为38Ms/m。
[0029]实施例2
使用基体为Φ75xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成25mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量987g，准备单片对应的-60目CuAl(弥散铜粉)复合用粉末435g;使用内孔Φ75的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度850℃，烧结压力48Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为40Ms/m。
[0030]对本实施例所获得的复合铜合金材料进行不同倍数的金相测试，其中，50x的金相图像如图4所示，100x的金相图像如图5所示。通过观察金属粉和基体的复合面金相，A、可以看出金属粉与基体从边缘到中心实现了100%结合(也就是钎焊率100%);B、可以看出金属粉与基体的结合界面在截取图上不是呈现一条平直的线，说明两种材料的结合方式从两个平面变成无数凹凸面的方式，增加了结合强度;C、可以看出金属粉和基体出现了材料浸入式的相互渗透，进一步提高了结合强度。
[0031]实施例3
使用基体为Φ75xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成13mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量514g，准备单片对应的-60目CuCrZr复合用粉末237g;使用内孔Φ75的固定模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度900℃，烧结压力45Mpa，保温时间10min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为48Ms/m。
[0032]实施例4
使用基体为Φ50xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成35mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量615g，准备单片对应的-60目CuCrNb复合用粉末350g;使用内孔Φ50的上下可移动并带有内环的特殊模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-目标铜合金圆棒片-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度930℃，烧结压力50Mpa，保温时间20min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，在粉末层中间切开获得2件复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为49Ms/m。
[0033]实施例5
使用基体为Φ50xL的锻造CuCr1圆棒，使用锯床切成25mm高度的片，并对一端进行车光，单片重量439g，准备单片对应的-60目CuCr25复合用机械混合粉末330g;使用内孔Φ50的上下可移动并带有内环的特殊模具，按照下压头-石墨纸-目标铜合金圆棒片-金属粉-目标铜合金圆棒片-石墨纸(作用是防止漏粉)-上压头的顺序进行装料，然后使用热压烧结炉(或者称为放电等离子烧结炉)进行烧结复合，烧结温度815℃，烧结压力45Mpa，保温时间15min;烧结完成一批后取件喷砂清理表面石墨纸，获得复合铜合金材料;然后抽样做剖面金相，查看结合面钎焊率100%;电导率使用电导率仪直接测量粉末烧结面，电导率为37Ms/m。
[0034]实施例1-实施例5所述方法的复合效率均为1h/炉。
[0035]以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
说明书附图(5)
声明：
“铜合金粉末与基体快速热压复合方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：陕西斯瑞铜合金创新中心有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
