CN102286676A - 高强度锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可高速拉拔成细线径高强度锌合金，包含有重量百分比为0.1%～5%的铜，0.01%～0.8%的钛或/和0.05%～2%的镍，余量为锌以及其他不可避免的杂质，且杂质在整个合金中含量重量不大于0.05%。本发明制品强度高，可以达到甚至超出T2、T3软（M）纯铜线的指标；具有很好的冷态塑性加工性能，如可以通过高速拉拔工艺拉制成较细的线径丝材，最细线径可达到φ0.1mm，加工工艺简单，可实现工业化连续生产；具有较高的工作温度；耐腐蚀性能好，晶间腐蚀倾向小，尺寸稳定性高。因此本发明可替代目前国内金属弹性塑料瓦、同轴电缆屏蔽用编织线、弹簧丝等用细线径铜合金丝。

Description

高强度锌合金

技术领域

 本发明涉及合金新材料领域，具体地说是一种可高速拉拔成φ0.5mm以下的细线径高强度锌合金，用于替代弹性金属塑料推力瓦螯合的铜丝弹簧垫、同轴电缆屏蔽用编织线、弹簧丝等用的φ0.5mm以下铜合金丝。

背景技术

铜及其合金丝具有较高的强度、优异的高速拉拔性能以及较高的工作温度，被广泛应用于弹性金属塑料推力瓦、同轴电缆屏蔽用编织线、弹簧丝等。但是，20世纪二十年代以来，随着铜资源的大量开采与消耗，在全世界出现了铜资源紧张的局势，面对日益高涨的铜价，铜资源先天匮乏的我国，寻找铜合金替代材料的研究迫在眉睫。我国缺铜但富锌，为此，研究开发绿色环保新型锌合金，以廉价的锌替代昂贵的铜，具有显著的经济效益和社会效益，也是缓解国内铜资源紧张的最有前途的解决方法。

目前研究最多、且已得到应用的铜及其合金丝替代品是铝镁合金丝，铝镁合金是一种新型的工业材料，具有强度高，韧性好，在高温(120℃)下，不褪色以及在微细状态下柔软性较好，编制的产品不易变形，原材料与制造成本低廉等优点，并且还有良好的屏蔽作用，用其替代铜合金丝具有明显的经济性，同时，该合金熔点低，耗能少，成本低廉，成型方便，适用于多种铸造方法，因此具有较强的市场竞争力。目前，该合金在用于通讯，影视以及民用装潢等行业得到应用。

专利号CN200610051682.4的中国专利公开了一种铝镁锰合金屏蔽线及其制备工艺，其关键技术是采用牵引-拉拔法制备细线径铝镁锰合金线，通过添加适量的锰元素，提高合金高温使用性能，解决此前作屏蔽线用铝镁合金丝中添加铬元素对环境造成有毒污染的技术问题。该发明的缺点是由于锰元素的添加，会大幅降低铝镁合金的柔韧性，延伸率降低到10%左右，尤其经过高温后，合金线易变脆而极易断裂。铝镁合金丝作屏蔽线存在电镀工艺复杂、镀层结合不够牢固。试验表明，当铝镁合金表面镀层损坏后，其暴露在潮湿空气中易变脆而失去功能。实际使用时，合金丝的断后伸长率一般需达到20%以上方能满足需要。另外铝镁合金拉拔过程易产生加工硬化，需反复退火才可下一步拉拔，增加了工艺复杂性及成本。

业界也试图采用纯锌或常规锌合金来替代上述领域的铜合金，但都存在无法高速拉拔成φ0.5mm以下的细丝，或制成的细丝强度明显不足，或受到130～150℃热后，其断后伸长率大幅度下降至18%以下而无法使用，而含铝的锌合金会对电镀铜或锡带来明显的负面作用，因此不为业界所接受。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的高速拉拔性能细线径高强度锌合金，可以高速拉拔到φ0.5mm以下丝材，同时还具有良好的尺寸稳定性和较高的工作温度，用于替代目前国内金属弹性塑料瓦、同轴电缆屏蔽用编织线、弹簧丝用细线径铜合金丝。

为此，本发明采用的技术方案为：一种可高速拉拔成细线径高强度锌合金，包含有重量百分比为0.1%～5%的铜，0.01%～0.8%的钛或/和0.05%～2%的镍，余量为锌以及其他不可避免的杂质，且杂质在整个合金中含量重量不大于0.05%。

上述的合金还可以包含有质量百分比为0.001%～0.2%镁或/和0.01%～0.2%的镧铈混合稀土。

本发明合金的组成包括铜元素，锌中加铜是包晶反应，除形成以锌为基础的含Cu固溶体η（Cu）外，还形成ε相，起固溶强化作用，提高合金的硬度、抗拉强度和冲击韧度，但降低流动性和塑性，因此铜的含量优选为0.5～4%。

钛在锌中溶解度很小，300℃时仅有0.007～0.015%。锌中加入适量的钛，能细化晶粒，提高合金的力学性能和再结晶温度。因此钛的含量优选为0.05～0.5%。

锌中添加少量镍，可以提高锌合金的韧性、尺寸稳定性、耐蚀性，尤其是优选的镍成分可使合金的断后伸长率达到200%以上，可以使合金不经热处理直接高速拉拔加工至φ0.10mm的细线径。同时镍还可以提高合金的热稳定性。大量的试验表明，在本发明优选的钛含量合金中同时添加镍，镍会与钛发生组合效应，可使合金经受150℃的温度后，仍能保持良好的力学性能。但镍含量超过2.0%，会出现脆性化合物，不利于合金深度拉拔加工，因此镍的含量优选为0.1～0.8%。

在锌中添加镁，镁与锌形成硬而脆的化合物，可起强化作用，提高合金的尺寸稳定性。添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会大幅降低合金塑性，影响高速拉拔的效果，因此镁的含量优选为0.005～0.02%。

在锌中添加镧铈混合稀土，能起到变性作用、钝化作用、细化作用以及与一系列低熔点杂质形成难熔化合物能力的合金化作用。尤其是锌中加入适量稀土元素，可以提高合金室温及较高温下的机械性能和物理性能，使锌合金在电镀处理过程或使用过程中受到近100℃的温度影响，也不会对合金的力学性能产生明显影响。研究表明镧铈混合稀土的含量优选为0.05～0.2%。

本发明所述杂质中各组分的组成按重量百分比计分别为：铅≤0.01%、镉≤0.002%、硅≤0.03%、锡≤0.02%、铁≤0.02%，其中铅和镉是为了符合欧盟“RoHS”要求，研究表明，在本发明合金中硅的存在，易使本发明合金在拉拔加工时产生微裂缝，影响加工性能，因此硅的含量需小于0.03%。研究也表明，在本发明合金中锡的存在，会对合金的塑性加工带来严重的影响，使本发明合金无法加工成较细线径的线材，因此锡的含量需小于0.02%。研究表明，微量铁能显著降低锌合金的塑性和加工性能，因此铁在锌合金中一直被作为严格控制的杂质元素，必须小于0.02%。

本发明的有益效果为：（1）制品强度高，可以达到甚至超出T2、T3软（M）纯铜线的指标；（2）具有很好的冷态塑性加工性能，如可以通过高速（800m/min以上）拉拔工艺拉制成较细的线径丝材，最细线径可达到φ0.1mm，加工工艺简单，可实现工业化连续生产；（3）具有较高的工作温度；（4）耐腐蚀性能好，晶间腐蚀倾向小，尺寸稳定性高；（5）原料廉价易得，综合成本低；（6）表面电镀铜或锡的工艺简单；（7）绿色环保不含铅。因此本发明可替代目前国内金属弹性塑料瓦、同轴电缆屏蔽用编织线、弹簧丝等用细线径铜合金丝。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，镍0.8%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌,杂质中硅含量为0.01%，锡的含量为0.01%，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例2:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，镍0.8%，镁0.01%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，杂质中硅含量为0.01%，锡的含量为0.01%，铁的含量为0.01%，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例3:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜0.5%，钛0.5%，镧铈混合稀土0.1%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，杂质中硅含量为0.01%，锡的含量为0.01%，铁的含量为0.01%，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例4:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2%，钛0.25%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例5:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜4%，钛0.4%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例6：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜3%，钛0.25%，镍0.5%，镧铈混合稀土0.1%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例7:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，镍0.8%，镧铈混合稀土0.08%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例8:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，镍0.8%，镧铈混合稀土0.15%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例9:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，镍0.8%，镧铈混合稀土0.2%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例10:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜0.7%，钛0.05%，镁0.015%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例11:

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜1.2%，镍0.1%，镁0.02%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例12：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2%，钛0.2%，镍0.2%，镁0.01%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例13：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2.5%，钛0.4%，镧铈混合稀土0.05%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例14：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜3%，钛0.01%，镁0.005%，镧铈混合稀土0.08%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例15：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜0.1%，钛0.01%，镍0.05%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例16：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜0.5%，钛0.05%，镍0.05%，镧铈混合稀土0.1%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例17：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜4%，钛0.05%，镍0.1%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例18：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜2%，钛0.25%，镍0.2%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例19：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜3%，钛0.25%，镍0.5%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例20：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜0.8%，镍0.5%，镁0.005%，镧铈混合稀土0.1%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例21：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜4%，钛0.4%，镍0.5%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例22：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜3%，钛0.5%，镍1.0%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例23：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜4%，钛0.5%，镍1.5%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

实施例24：

锌合金的各组分组成按重量百分比计,分别为：铜5%，钛0.8%，镍2.0%，总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

对比例1：

纯锌的各组分组成按重量百分比计,分别为：总量不大于0.05%的杂质，余量为锌，各组分的重量百分比总和为100%。

对比例2：

编织屏蔽线用TXR镀锡软圆铜线，镀锡铜线是以99.99％的紫铜为芯线，经镀锡基合金而成。

上述实施例和对比例的性能检测值列表如下：

注：1、拉拔速度为800m/min以上。2、抗拉强度为线径0.5mm时的测试数据。3、各例受热时间为45分钟。

由上述实施例表明，本发明所述的可高速拉拔成细线径高强度锌合金的抗拉强度和可高速拉拔至的最小线径已接近对比例1，相对于对比例2来说，则大幅提高了锌的抗拉强度和降低可高速拉拔至的最小线径。因此本发明可以根据不同的用途，选用上述合金成分，满足不同线径和强度要求的场合。

本发明不局限于上述实施例，可以根据不同的性能要求和使用场合优化组合成不同的配比来达到生产和使用厂商的要求，但不均以任何形式限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种高强度锌合金，包含有重量百分比为0.1%～5%的铜，0.01%～0.8%的钛或/和0.05%～2%的镍，余量为锌以及其他不可避免的杂质，且杂质在整个合金中含量重量不大于0.05%。

2.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于：所述钛的重量百分比含量为0.05～0.5%。

3.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于：所述镍的重量百分比含量为0.1～1.0%。

4.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于：还可以包含有质量百分比为0.001%～0.2%镁或/和0.01%～0.5%的镧铈混合稀土。

5.如权利要求4所述的高强度锌合金，其特征在于：所述镁的重量百分比含量为0.005～0.05%。

6.如权利要求4所述的高强度锌合金，其特征在于：所述镧铈混合稀土的重量百分比含量为0.05～0.2%。

7.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于所述铜的重量百分比含量为0.5～4%。

8.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于：所述杂质在整个合金中含量重量不大于0.05%，杂质成分如重量百分比硅的含量小于0.03%、锡的含量小于0.02%。

9.如权利要求1所述的高强度锌合金，其特征在于：所述杂质在整个合金中含量重量不大于0.05%，杂质成分如重量百分比硅的含量小于0.03%、锡的含量小于0.02%，铁的含量小于0.02%。