CN105274385B - 一种连续铸造高强高导电铜合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高强高导电铜合金及其制备方法，属于铜基电工合金领域。高强高导电铜合金的重量百分比化学成份为：0.05～3.0Zr，0.05～3.0Mo，0.05～3.0Yb，0.05～3.0Gd、0.05～3.0Er，余量为Cu。涉及连铸法制备上述高强高导电铜合金的化学成分均匀，可连续加料、熔炼连续铸造，实现规模化生产，棒材坯锭的含氧量≤20ppm，无氧化、夹杂、疏松、缩孔等缺陷。合金加工工艺简单、成品率高、性能一致好，具有导电、导热性好，室温强度高，耐磨损，软化温度和导电率高等特点，可用做电力、能源、电工、电子、机电、交通等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、架空导线和换向片等材料。

Description

一种连续铸造高强高导电铜合金

技术领域

本发明涉及一种新型高强高导电铜合金及其制备方法，属于铜基电工合金材料领域。

背景技术

高强高导电铜合金是指在具有优良的导电、导热性能的同时又兼顾高的强度和优异的高温性能的合金，其主要要求是在不损失导电率和导热率的前提下，使合金的强度提高。铜合金材料主要用作电力、电工、电子、能源、交通等行业中的电阻焊电极、引线框架、导电桥等材料，还可用于替代有毒的铍青铜、铅青铜等制作继电器支座和高低压接插元件等。目前，国内外这类合金按其化学成分、强度和导电率等主要有：Cu-Cr-Zr、Cu-Ag、Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Cr或Zr合金，Cu/Al₂O₃，Cu/RE₂O₃等，抗拉强度500MPa～600MPa，导电率80％～90％IACS，这类合金具有较高的力学性能和导电、导热性能。

近年来，随着高强高导电材料相关应用行业的发展，如高铁、大规模集成电路、超高压输变电线路等，对传统铜合金电工材料提出了更高的要求，例如：在室温和高温保持高的导电、导热性，硬度高，耐磨损，具有良好的抗变形能力及加工性能等。许多年来，该领域新材料的研究主要集中于铜－过渡族元素，如：Cu-Zr，Cu-Cr，Cu-Ni-Ti，Cu-Be-Co等。制备技术为合金熔铸、加工和热处理等方法。强化手段为形变强化、固溶强化或时效强化等。虽然这些方法对铜合金材料的性能和使用范围有所改善，但对材料导电率、高温强度、高温硬度和软化温度等热强性能几乎无明显改进。

昆明贵金属研究所在长期从事电工合金以及稀土元素应用研究和开发的基础上，选择稀有金属(Zr、Mo)与混合重稀土元素(Yb、Gd、Er)作为添加剂，发现稀有金属和稀土元素有效地促进了Cu合金的组织细化过程，形成多相金属间化合物和稀土氧化物，并且均匀地分布于合金的晶内和晶界上，明显改善了材料的组织结构，提高了材料的力学性能和高温强度、软化温度等，然而，对合金材料的塑性和电阻率影响较小。

因此，利用添加稀有金属和混合稀土元素，结合真空熔炼合金化，快速凝固连续铸造、冷拉加工和热处理等先进加工技术的优化集成，为新型铜基电工合金材料及制品的加工提供了新途径。

发明内容

本发明公开了一种连续铸造高强高导电铜合金及其制备方法。本发明采用连铸法生产的CuZrMoYbGdEr合金的化学成分均匀，可连续加料、熔炼铸造，实现规模化生产，棒坯含氧量≤20PPM，无氧化物、夹杂、缩孔、疏松等缺陷；制备成品率高，成本低，规模化生产的铜合金成分组织均匀、性能一致好，具有导电、导热性好，室温强度高，耐磨损，软化温度和导电率高等特点，经后续加工和热处理，合金具有优异的综合性能。

1、本发明的铜合金的化学成份(重量％)为：0.05～3.0Zr，0.05～3.0Mo，0.05～3.0Yb，0.05～3.0Gd、0.05～3.0Er，余量为Cu。

2、铜合金材料的制备方法按照下列工艺步骤进行制备：

(1)在真空中频熔炼炉中(真空度：<1×10^－2Pa)，将按化学成分配好的Zr、Mo、Yb、Gd、Er、Cu元素，熔炼为合金锭。

(2)将连续铸造炉升温至1000℃～1200℃后，加入步骤(1)中的合金锭，进行熔化；炉内通入纯度≥99.99％的氩气进行搅拌和保护，使合金成分均匀，氧化造渣少。

(3)待合金完全熔化后，精炼30min～40min，开始连续铸造，连铸棒材的直径为Φ10mm－Φ20mm棒材，连续铸造的速度为30mm/min～60mm/min。

(4)连铸完一炉如需继续熔铸，炉内需留部分合金料，再按步骤(1)、(2)、(3)进行连续铸造，如此反复，直至铸完所有合金。

(5)冷拉开坯，采用拉丝机进行合金开坯和加工，道次变形量控制在20％～30％，热处理温度为600℃～700℃，时间为3h～5h。

(6)表面处理，采用机械抛光和人工检查进行表面清理。

(7)再根据使用要求，再进行丝材的精加工，最终制备得到CuZrMoYbGdEr高强高导电铜合金制品。

具体实施方式

本发明的连铸铜锆钼镱钆铒合金材料具体实施列为：材料的物理、力学性能及软化温度如表1所示。

表1.连铸CuZrMoYbGdEr合金的技术性能指标

Claims (1)

1.一种铜合金材料的制备方法，其特征在于按照下列工艺步骤进行制备：

(1)在真空度<1×10^－2Pa的中频熔炼炉中，将按化学成份的重量％为0.05～3.0Zr，0.05～3.0Mo，0.05～3.0Yb，0.05～3.0Gd、0.05～3.0Er，余量为Cu，配好的Zr、Mo、Yb、Gd、Er、Cu元素，熔炼为合金锭；

(2)将连续铸造炉升温至1000℃～1200℃后，加入步骤(1)中的合金锭，进行熔化；炉内通入纯度≥99.99％的氩气进行搅拌和保护，使合金成分均匀，氧化造渣少；

(3)待合金完全熔化后，精炼30min～40min，开始连续铸造，连铸棒材的直径为Φ10mm－Φ20mm棒材，连续铸造的速度为30mm/min～60mm/min；

(4)连铸完一炉如需继续熔铸，炉内需留部分合金料，再按步骤(1)、(2)、(3)进行连续铸造，如此反复，直至铸完所有合金；

(5)冷拉开坯，采用拉丝机进行合金开坯和加工，道次变形量控制在20％～30％，热处理温度为600℃～700℃，时间为3h～5h；

(6)表面处理，采用机械抛光和人工检查进行表面清理；

(7)再根据使用要求，再进行丝材的精加工，最终制备得到CuZrMoYbGdEr高强高导电铜合金制品。