CN101629254A

CN101629254A - 一种多元复合微合金化的高强高导铜合金及其制备

Info

Publication number: CN101629254A
Application number: CN200910303691A
Authority: CN
Inventors: 姜锋; 蒋龙; 尹志民; 陈小波; 宋练鹏
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-01-20

Abstract

本发明涉及一种用微量铬、锆和碲复合微合金化的高强高导铜合金及其制备。所述合金按照重量份数比由0.2～0.8％份的Cr、0.1～0.3％份的Zr、0.1～0.5％份的Te和余量的Cu制成。本发明的制备方法为：配料；熔炼；半连续铸造成锭；铸锭均匀化处理；热轧；固溶热处理；冷轧；时效处理。本发明的成品高强高导铜合金，其综合性能优于现有同类合金，抗拉强度为500MPa，导电率为92％IACS，导热系数为391cm稫。本发明合金材料可用作触头合金材料；用作电气化铁路接触网导线及其配件；还可用作大规模集成电路引线框架材料、结晶器材料等其他用途。

Description

一种多元复合微合金化的高强高导铜合金及其制备

技术领域

本发明涉及高强高导铜合金制备技术领域，尤其涉及到一种用微量铬、锆和碲复合微合金化的新型高强高导铜合金。

背景技术

多元复合微合金化技术是目前高性能铜合金材料的研究热点。以Cu-Cr和Cu-Zr系合金为基可以得到弥散强化铜合金，低温下Cr和Zr在铜中的溶解度很低，可以保证Cu-Cr和Cu-Zr合金在退火态及弥散强化后的高导电与高导热性。然而，Cu-Cr合金在400-700℃温度范围，存在塑性降低区域-塑性塌陷，研究表明Zr的加入则可以改善其中温脆性，提高延伸率，解决这一问题。此外，Cu-Zr合金耐热性好，对应力集中不敏感。因为Zr的添加降低了其堆垛层错能(SFE)，所以还能改进其抗疲劳性能。因此，Cu-Cr-Zr系成为开发高强度、高导电、高导热铜基耐热合金的基础。然而，目前已有的Cu-Cr-Zr系合金其性能尤其是导电导热性能仍不够理想，以其中具有代表性的日本产OMCL-1为例，其σ_b和σ分别为592MPa、82.7％IACS，不能满足有些对综合性能要求很高，尤其是对导电和导热性要求很高的场合使用，有必要进一步改善其性能。Cu-Te合金是一种良好的导电、导热材料。但是，申请号为02113262.3的中国专利申请公开了一种高强、高导、高灭弧的碲铜合金材料，此种合金材料的成分为：碲0.2～1.5％、稀有元素0.2～0.4％、铜98.6～99.3％，虽然电率可达108％IACS，硬态抗拉强度可达520MPa，但由于碲抑制再结晶能力不强，材料退火软化现象明显。申请号为02133772.1的中国专利申请公开了一种接触网导线用铜合金材料，此种铜合金材料中不仅含有碲，还含有锂和镁，镁的加入，使铜碲合金的强度有所提高，但导电率偏低，最高仅为76％IACS。申请号为200410022528.5的中国专利申请公开了一种抗电弧的铜碲铬多元合金材料，此种合金材料的成分为：碲0.2～1.0％、铬0.1～1.0％、添加元素0.001～0.2％、铜余量。添加元素至少为锂、磷、稀土中的一种。导电率可达80～90％IACS，硬态抗拉强度520～620MPa，然而其缺点是塑性很差，延伸率δ₅仅为2％左右。申请号为03135189.1的中国专利申请公开了非含银稀土铜碲高导合金材料，其缺点是难以实现高强度和高导电率的匹配，尤其是在导电率达到94.5％IACS时，强度明显不足，仅为330MPa左右。因此，复合添加微量铬、锆和碲如何控制加入量，并进一步优化形变热处理工艺进行微观组织的合理控制，制备出综合性能更为优异的高强高导铜合金，是发明人所需要解决问题。

发明内容

本发明的目的是针对依靠现有技术和合金体系制备出的高强高导铜合金存在的不足，利用多元微合金化技术，提供一种既能保持高强度，又能大幅度提高其导电和导热性能的新型高强高导铜合金及其制备工艺。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

一种高强高导铜合金，由以下重量份成分组成：0.2％-0.8％的Cr、0.1％-0.3％的Zr、0.1％-0.5％的Te和余量的Cu，杂质的总含量不大于0.1％。

本发明的制备方法包括以下步骤：

(1)按上述各成分的重量百分比配制合金原料，用微量铬、锆和碲微合金化的合金添加0.2％-0.8％的Cr、0.1％-0.3％的Zr、0.1％-0.5％的Te，炉料在熔炼炉中熔化；

(2)熔体精炼除气后半连续铸造成扁锭；

(3)扁锭在800℃～900℃的温度下均匀化处理4h-12h，空冷。将均匀化处理后的铸锭在850℃-920℃的温度下保温1h-2h，之后铸锭经多道次热轧至5mm左右空冷；

(4)热轧板经850℃-980℃、1h-2h固溶后，水淬；酸洗除去表面氧化皮后再经多道次冷轧到1.5mm左右；

(5)将冷轧薄板进行420℃-480℃、4h的时效处理。

所述(1)步中合金原料在熔炼炉中熔化过程是：将电解纯铜完全熔化后，加入工业纯铬、锆，再升温至1450℃保温20min，然后降温至1100℃再加入工业纯碲，保温30min。

所述(3)步中热轧板需要在轧到50％左右变形量时，经850℃-900℃的温度下中间退火0.5-1h，再经多道次轧到80％左右变形量；

所述(5)步中时效处理温度最优选450℃。

本发明具有以下有益效果：

导电率高、强度高、塑性优良

●导电率为92％IACS，比申请号为02133772.1的中国专利申请公开的铜碲镁合金高16％。●抗拉强度为500MPa，比申请号为03135189.1的中国专利申请公开的非含银稀土铜碲高导合金材料大幅度提高(增幅为51.5％)。

●塑性优良，12％的延伸率远远高于申请号为02113262.3的中国专利申请公开的一种高强、高导、高灭弧的碲铜合金材料(δ₅为1.53.3％)以及申请号为200410022528.5的中国专利申请公开的一种抗电弧的铜碲铬多元合金材料(d₅为2％左右)。

原材料易得，采用常规熔炼铸造设备及常规加工工艺，制备工艺简单，对产品性能的控制有很大帮助，易于操作和大规模生产。

本发明所述合金材料可用作触头合金材料；用作电气化铁路接触网导线及其配件；还可用作大规模集成电路引线框架材料、结晶器材料等其他用途。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。

实施例1：

(1)表1合金的化学成分(质量分数，％)

合金	Cr	Zr	Te	Cu
合金	Cr	Zr	Te	Cu	Cu-Cr-Zr-Te	0.2-0.8	0.1-0.3	0.1-0.5	Bal.

(2)按照表1要求的含量将铜、铬、锆、碲在熔炼炉中熔化，将电解纯铜完全熔化后，加入工业纯铬、锆，再升温至1450℃保温20min，然后降温至1100℃再加入工业纯碲，保温30min，熔体精炼除气后半连续铸造成扁锭。

(3)扁锭在800℃-900℃的温度下均匀化处理4h-12h，空冷。将均匀化处理后的铸锭在850℃-920℃的温度下保温1h-2h，之后铸锭经多道次热轧至5mm左右空冷。轧制时，热轧板需要在轧到50％左右变形量时，经850℃-900℃的温度下中间退火0.5-1h，再经多道次轧到80％左右变形量。

(4)热轧板经850℃-980℃、1h-2h固溶后，水淬；酸洗除去表面氧化皮后再经多道次冷轧到1.5mm左右。

(5)将冷轧薄板进行420℃-480℃、4h的时效处理。

本发明采用微量铬、锆和碲微合金化的新型高强高导铜合金与国内外同类材料的具体性能对比见附表1。

附表1本发明合金材料与国内外同类材料性能对比表

Claims

1.一种采用微量铬、锆和碲微合金化的新型高强高导铜合金，其特征在于，由以下重量份成分组成：0.2～0.8％的Cr、0.1～0.3％的Zr、0.1～0.5％的Te和余量的Cu，杂质的总含量不大于0.1％。

2.制备权利要求1所述合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配制合金原料，炉料在熔炼炉中熔化；

(2)熔体精炼除气后半连续铸造成扁锭；

(3)扁锭在800℃～900℃的温度下均匀化处理4h～12h，空冷。将均匀化处理后的铸锭在850℃～920℃的温度下保温1h～2h，之后铸锭经多道次热轧至5mm左右空冷；

(4)热轧板经850℃～980℃、1h～2h固溶后，水淬；酸洗除去表面氧化皮后再经多道次冷轧到1.5mm左右；

(5)将冷轧薄板进行420℃～480℃、4h的时效处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述(1)步中配制合金原料在熔炼炉中熔化过程是：将电解纯铜完全熔化后，加入工业纯铬、锆，再升温至1450？保温20min，然后降温至1100？再加入工业纯碲，保温30min。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述(3)步中热轧板需要在轧到50％左右变形量时，经850℃～900℃的温度下中间退火0.5～1h，再经多道次轧到80％左右变形量。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述(5)步中时效处理温度为450℃。