本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電性材料及其制備方法,尤其是涉及一種新型高強(qiáng)度與高導(dǎo)電性材料的制備方法。
背景技術(shù):
:鋁,作為地殼中含量最高的金屬,含量高達(dá)8.3%,主要以鋁硅酸鹽礦石的形式存在,還包括冰晶石和鋁土礦。鋁耐腐蝕性強(qiáng),具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性能,鋁因其良好的物理和化學(xué)性能,使其在電子應(yīng)用方面極為廣泛?,F(xiàn)代工業(yè)要求鋁材料本身具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性能外,還對(duì)其強(qiáng)度提高了更高的要求,以適應(yīng)更加復(fù)雜的工作環(huán)境。在純鋁中添加增強(qiáng)體,克服單一材料的不足,充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn),以提高鋁的綜合應(yīng)用性能。近30年來(lái),科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn),高尖端設(shè)備和工程建設(shè)對(duì)材料性能的要求也越來(lái)越高,應(yīng)運(yùn)而生的高強(qiáng)度鋁合金,是一類(lèi)具有高強(qiáng)度以及高導(dǎo)電性能的結(jié)構(gòu)功能材料,主要用于微電子工業(yè)中的集成電路中和電子設(shè)備電動(dòng)馬達(dá)等材料。雖然現(xiàn)在都已經(jīng)能大規(guī)模生產(chǎn),但是其合金生產(chǎn)所需稀土元素地球含量低,且開(kāi)發(fā)困難,造成高強(qiáng)度高導(dǎo)電性合金材料價(jià)格居高不下。因此開(kāi)發(fā)出廉價(jià)、導(dǎo)電性能良好的高強(qiáng)度材料,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明提供一種具有高強(qiáng)度,具有高導(dǎo)電性的金屬材料的制備方法。采用較為簡(jiǎn)單的加工工藝以及廉價(jià)的合金元素,降低工藝成本,同時(shí)極大地提高了該材料的導(dǎo)電性能,可廣泛的應(yīng)用于高精密儀器及電子設(shè)備上,具有較高的市場(chǎng)推廣價(jià)值和應(yīng)用前景本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種新型高強(qiáng)度與高導(dǎo)電性材料,該材料為al-cu-mg-ca-si合金;包括以下重量份數(shù)的組分:al30-50份,cu20-30份,mg5-10份,cao1-5份,si1-5份。優(yōu)選的,包括以下重量份數(shù)的組分:al30-50份,cu25-30份,mg7-10份,cao1-5份,si1-3份。一種新型高強(qiáng)度與高導(dǎo)電性材料的制備方法,包括以下步驟:(1)粗煉:常溫常壓下,待坩堝紅熱后加入純鋁30-50份,加單晶硅粒1-5份,升溫至750-850℃融化,加入0.1-0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣;(2)精煉處理:加純cu20-30份,加純mg5-10份,加氧化鈣1-5份,攪拌,降溫至700-750℃,通入高純氬氣,氣流速率為10-20l/h,時(shí)間為10-30min,扒渣;(3)澆注:澆注成型,澆注成尺寸為100mm*1mm*1mm的立方體條。優(yōu)選的,所述(1)粗煉在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉。優(yōu)選的,所述(1)粗煉,待坩堝紅熱后加入純鋁40-50份,加單晶硅粒2-5份,升溫至800-850℃融化,加入0.3-0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。優(yōu)選的,所述(2)精煉處理:加純cu25-30份,加純mg7-10份,加氧化鈣1-3份,攪拌,降溫至720-750℃,通入高純氬氣,氣流速率為15-20l/h,時(shí)間為10-30min,扒渣。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明通過(guò)引入合金元素ca,以常見(jiàn)的合金材料,采用相對(duì)簡(jiǎn)單的加工工藝,極大的提升了鋁合金的導(dǎo)電性及強(qiáng)度,可廣泛應(yīng)用于手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)、cd/dvd等設(shè)備上。本發(fā)明的有益效果:1.本發(fā)明制備得到的高導(dǎo)電性材料,利用si元素對(duì)氧化鈣的作用,在合金中引入大量的氧原子空位,使得載流子的移動(dòng)性增強(qiáng),進(jìn)而極大地提升材料的導(dǎo)電性。2.本發(fā)明采用較為簡(jiǎn)單的加工工藝以及廉價(jià)的合金元素,降低工藝成本,同時(shí)極大地提高了該材料的導(dǎo)電性能,可廣泛的應(yīng)用于高精密儀器及電子設(shè)備上,具有較高的市場(chǎng)推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。3.本發(fā)明通過(guò)引入合金元素ca,以常見(jiàn)的合金材料,采用相對(duì)簡(jiǎn)單的加工工藝,極大的提升了鋁合金的導(dǎo)電性及強(qiáng)度,可廣泛應(yīng)用于手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)、cd/dvd等設(shè)備上。4.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品強(qiáng)度大,極大的降低了高精密儀器生產(chǎn)成本。附圖說(shuō)明圖1:直流雙臂電橋法測(cè)量線(xiàn)路圖具體實(shí)施方式:實(shí)施例一1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁30份,加單晶硅粒1份,升溫至750℃融化,加入0.1份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu20份,加純mg5份,加氧化鈣1份,攪拌,降溫至700℃,通入高純氬氣,氣流速率為10l/h,時(shí)間為10min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例二1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁50份,加單晶硅粒5份,升溫至850℃融化,加入0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu30份,加純mg10份,加氧化鈣5份,攪拌,降溫至750℃,通入高純氬氣,氣流速率為20l/h,時(shí)間為30min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例三1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁50份,加單晶硅粒1份,升溫至850℃融化,加入0.1份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu30份,加純mg5份,加氧化鈣5份,攪拌,降溫至700℃,通入高純氬氣,氣流速率為20l/h,時(shí)間為10min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例四1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁30份,加單晶硅粒5份,升溫至750℃融化,加入0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu20份,加純mg10份,加氧化鈣1份,攪拌,降溫至750℃,通入高純氬氣,氣流速率為10l/h,時(shí)間為30min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例五1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁40份,加單晶硅粒3份,升溫至800℃融化,加入0.3份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu25份,加純mg7份,加氧化鈣3份,攪拌,降溫至725℃,通入高純氬氣,氣流速率為15l/h,時(shí)間為20min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例六1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁40份,加單晶硅粒2份,升溫至800℃融化,加入0.3份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu25份,加純mg7份,加氧化鈣1份,攪拌,降溫至720℃,通入高純氬氣,氣流速率為15l/h,時(shí)間為20min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例七1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁50份,加單晶硅粒5份,升溫至850℃融化,加入0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu30份,加純mg10份,加氧化鈣3份,攪拌,降溫至750℃,通入高純氬氣,氣流速率為20l/h,時(shí)間為30min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例八1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁40份,加單晶硅粒5份,升溫至800℃融化,加入0.5份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu25份,加純mg10份,加氧化鈣1份,攪拌,降溫至750℃,通入高純氬氣,氣流速率為150l/h,時(shí)間為30min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例九1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁50份,加單晶硅粒2份,升溫至850℃融化,加入0.3份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu30份,加純mg7份,加氧化鈣3份,攪拌,降溫至720℃,通入高純氬氣,氣流速率為20l/h,時(shí)間為20min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。實(shí)施例十1.粗煉:常溫常壓下,在電磁感應(yīng)石墨坩堝熔鋁爐中熔煉多元al-cu-mg-ca合金。待坩堝紅熱后加入純鋁45份,加單晶硅粒4份,升溫至825℃融化,加入0.4份zr-qf型清渣覆蓋劑,扒渣。2.精煉處理:加純cu27份,加純mg9份,加氧化鈣2份,攪拌,降溫至730℃,通入高純氬氣,氣流速率為17l/h,時(shí)間為25min,扒渣。3.澆注:根據(jù)實(shí)際需要,澆注成型。導(dǎo)電率測(cè)試:如下圖,采用直流雙臂電橋法的測(cè)量線(xiàn)路圖。將樣品放入夾具中,通過(guò)1.0a的電流,通過(guò)調(diào)節(jié)zx25a型直流電阻器上的電阻,使檢流計(jì)上的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),此時(shí)電阻器上顯示的電阻即是試樣的電阻,電導(dǎo)率測(cè)量的公式:ρ=(ρcu*r*s/l)*100%ρ,樣品的相對(duì)電導(dǎo)率,單位為%,ρcu為純銅在20℃時(shí)的電阻率0.01742ω*mm2m-1,r為測(cè)出的試樣的電阻值,s為試樣截面積,l為試樣長(zhǎng)度。r,比較臂電阻;rs標(biāo)準(zhǔn)電阻;r1=r2*1000ω為比率壁電阻,r1的值應(yīng)該根據(jù)待測(cè)電阻rx和rs的數(shù)量級(jí)來(lái)設(shè)定。導(dǎo)電性能測(cè)試使用的設(shè)備有zx25a型直流電阻器、qj19型單雙臂兩用電橋、ac15-a型直流檢流計(jì)和bz3型直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器(電阻為0.001ω)表1為導(dǎo)電率測(cè)試結(jié)果(其中對(duì)照組為普通純鋁材料在相同條件下的導(dǎo)電率,陽(yáng)性對(duì)照組為鋁合金制品在相同條件下的導(dǎo)電率)組別導(dǎo)電率/%對(duì)照組92.25±1.13陽(yáng)性對(duì)照65.27±1.30實(shí)施例一75.5±1.63實(shí)施例二78.4±2.63實(shí)施例三76.71±0.7實(shí)施例四78.07±0.56實(shí)施例五80.88±0.76實(shí)施例六86.81±0.94實(shí)施例七84.89±0.65實(shí)施例八87.81±2.76實(shí)施例九85.46±0.17實(shí)施例十89.01±1.62表一可以看出實(shí)施例合金產(chǎn)品相比普通方法制備的鋁合金產(chǎn)品,對(duì)導(dǎo)電率的影響作用明顯小很多。抗拉強(qiáng)度測(cè)試:本次實(shí)驗(yàn)拉伸速度是3m/min,采用拉伸樣品為條狀材料。通過(guò)拉伸試驗(yàn)機(jī)記錄樣品的最大拉伸力f,通過(guò)公式p=f/s,即為該合金樣品的抗拉強(qiáng)度,其中s為樣品的橫截面積。表2實(shí)施例產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果,其中對(duì)照組為普通鋁合金抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果組別抗拉強(qiáng)度/mpa陽(yáng)性對(duì)照組405.85±2.21實(shí)施例一461.71±8.79實(shí)施例二482.45±15.04實(shí)施例三465.64±14.96實(shí)施例四476.29±15.78實(shí)施例五507.47±0.68實(shí)施例六486.37±14.85實(shí)施例七498.06±16.36實(shí)施例八487.06±7.53實(shí)施例九496.87±14.56實(shí)施例十517.19±4.44表2可以看出,采用本發(fā)明制備方法制備的實(shí)施例產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度明顯高于市面上普通鋁合金制品材料,大約提升抗拉強(qiáng)度25%。當(dāng)前第1頁(yè)12