CN105441779A - 一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，包括芯材、中间镀层和外镀层，所述芯材由以下重量份的原料制备而成：铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份。本发明钢芯铜合金线材是一种复合丝，由钢制的芯加上中间的紫铜镀层和外面的黄铜镀层组成，钢芯外面包了一层紫铜用以提高电导率，而外面的黄铜层则起到了改善冲洗性能的作用。

Description

一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金线材领域，具体涉及一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法。
背景技术
芯材为通常黄铜，外面镀一层锌，因为锌在切开进程中的气化效果，这种铜合金线材的放电会比较安稳，切开表面会比通常黄铜丝光滑。可是这种铜合金线材在运用进程中常见的疑问是掉粉，国内外出产厂家一样面临。
电火花加工的原理是在一定介质中，基于工具和工件(正、负电极)质之间脉冲性火花放电的电腐蚀现象俩蚀除多余的金属，从而达到对零件的尺寸、形状及表面质量等预定的加工要求。电火花切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。电火花切割加工具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、加工成本低等突出优点。
对于电火花线切割加工用铜合金线材，理想的是其具有加工速度快，抗拉强度高、韧性强、导电好、价格低廉等特性。现有技术的慢走丝电火花线切割铜合金线材有黄铜丝、镀锌黄铜丝、镀锌铜丝等。现有技术中的慢走丝电火花线切割铜合金线材中，普遍采用表面镀锌来提高加工速度。但是当对零件加工的精度、光洁度要求较高时，比如精密模具、精密仪器的零部件、表面质量要求高的零件等，现有技术中的电火花切割铜合金线材的性能，难以同时兼顾速度和质量要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，包括芯材、中间镀层和外镀层，所述芯材由以下重量份的原料制备而成：
铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份；
所述中间镀层由以下重量份的原料制备而成：
紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；
所述外镀层由以下重量份的原料制备而成：
黄铜20～40、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌；
所述芯材和中间镀层之间设置有导热填料；所述外镀层外包裹设置有护套。
进一步地，所述导热填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、碳化硅按质量比2:2:3:1:1。
进一步地，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷、钆和铕中的任意二种。
进一步地，一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，包括如下步骤：
S1:称取铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜20～40份、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
进一步地，所述步骤S2中的熔炼温度为1200～2200℃，保温时间为1～4小时。
进一步地，所述步骤S4中拉伸速度为880～3500m/min，退火电压为11～155V。
进一步地，所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
进一步地，所述步骤S6中热处理温度为200～670度，热处理时间5～22小时。
本发明钢芯铜合金线材是一种复合丝，由钢制的芯加上中间的紫铜镀层和外面的黄铜镀层组成，钢芯在常温下的拉伸强度与黄铜丝差不多，但是随着温度的升高黄铜丝的拉伸强度迅速降低，钢的拉伸强度则高于黄铜丝，钢芯外面包了一层紫铜用以提高电导率，而外面的黄铜层则起到了改善冲洗性能的作用。
增加了金属丝在加工液中的耐蚀性，显著的改善了其切削性能，特别降低了加工后的表面粗糙度，所得的金属丝具有稳定的抗拉强度；具有一定铜锌合金层，提高了气化温度，有利于带走更多热量，可操作性强，制备步骤少，生产设备简单，易于制得符合要求的产品，且易于实现规模化和自动化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括芯材、中间镀层和外镀层，所述芯材由以下重量份的原料制备而成：
铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份；
所述中间镀层由以下重量份的原料制备而成：
紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；
所述外镀层由以下重量份的原料制备而成：
黄铜20～40、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌；
所述芯材和中间镀层之间设置有导热填料；所述外镀层外包裹设置有护套。
所述导热填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、碳化硅按质量比2:2:3:1:1。
所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷、钆和铕中的任意二种。
一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，包括如下步骤：
S1:称取铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜20～40份、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
所述步骤S2中的熔炼温度为1200～2200℃，保温时间为1～4小时。
所述步骤S4中拉伸速度为880～3500m/min，退火电压为11～155V。
所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
所述步骤S6中热处理温度为200～670度，热处理时间5～22小时。
实施例1：
S1:称取铜45份、铁54份、碳30份、锡2.4份、铬4份、锰3份、钼2份、镍5.1份、硅2.3份、钨6份、钒3份、磷6份、硫10份、铝10份、锌3份、锆1.1份、钕4.4份、铈3.3份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜40份、镉2份、锆2份、硼6份、锡1.5份、镍1.3份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜20份、铅5份、砷8份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
所述步骤S2中的熔炼温度为1200℃，保温时间为1小时。
所述步骤S4中拉伸速度为3500m/min，退火电压为155V。
所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
所述步骤S6中热处理温度为670度，热处理时间5小时。
实施例2：
S1:称取铜45份、铁54份、碳55份、锡2.4份、铬9份、锰3份、钼5份、镍5.1份、硅5.4份、钨6份、钒4份、磷6份、硫10份、铝10份、锌6份、锆1.3份、钕4.4份、铈3.5份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜40份、镉3份、锆4份、硼6份、锡2.4份、镍5.1份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜40份、铅8份、砷8份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
所述步骤S2中的熔炼温度为2200℃，保温时间为4小时。
所述步骤S4中拉伸速度为3500m/min，退火电压为155V。
所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
所述步骤S6中热处理温度为670度，热处理时间22小时。
实施例3：
S1:称取铜32份、铁44份、碳55份、锡1.8份、铬5份、锰2份、钼2份、镍1.3份、硅2.3份、钨3份、钒3份、磷2份、硫5份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1份、钕1.2份、铈3.3份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜25份、镉2份、锆2份、硼5份、锡1.5份、镍1.3份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜20份、铅5份、砷5份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
所述步骤S2中的熔炼温度为1200℃，保温时间为1小时。
所述步骤S4中拉伸速度为880m/min，退火电压为11V。
所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
所述步骤S6中热处理温度为200度，热处理时间5小时。
本发明钢芯铜合金线材是一种复合丝，由钢制的芯加上中间的紫铜镀层和外面的黄铜镀层组成，钢芯在常温下的拉伸强度与黄铜丝差不多，但是随着温度的升高黄铜丝的拉伸强度迅速降低，钢的拉伸强度则高于黄铜丝，钢芯外面包了一层紫铜用以提高电导率，而外面的黄铜层则起到了改善冲洗性能的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种坚固有韧性的高性能铜合金线材，其特征在于，包括芯材、中间镀层和外镀层，所述芯材由以下重量份的原料制备而成：
铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份；
所述中间镀层由以下重量份的原料制备而成：
紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；
所述外镀层由以下重量份的原料制备而成：
黄铜20～40、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌；
所述芯材和中间镀层之间设置有导热填料；所述外镀层外包裹设置有护套。
2.根据权利要求1所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材，其特征在于，所述导热填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、碳化硅按质量比2:2:3:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材，其特征在于，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷、钆和铕中的任意二种。
4.一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:称取铜23～45份、铁30～54份、碳30～55份、锡1.5～2.4份、铬4～9份、锰1～3份、钼2～5份、镍1.3～5.1份、硅2.3～5.4份、钨3～6份、钒3～4份、磷2～6份、硫5～10份、铝8.2～10份、锌3～6份、锆1.1～1.3份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份混合之后得到配料混合物Ⅰ；
称取紫铜25～40份、镉2～3份、锆2～4份、硼5～6份、锡1.5～2.4份、镍1.3～5.1份，其余为锌；进行充分混合，得到配料混合物Ⅱ；
称取黄铜20～40份、铅5～8份、砷5～8份和稀土元素，其余为锌，混合之后得到配料混合物Ⅲ；
S2:分别将配料混合物Ⅰ、配料混合物Ⅱ和配料混合物Ⅲ投入三个感应炉中进行熔炼，得到熔融的金属液A、金属液B和金属液C，
S3、将步骤S2中所得金属液A再倒入连铸设备内，制备金属合金线坯；
S4、将步骤S2得到的金属液B倒入金属合金线坯中，经冷却拉伸和在线退火，制成直径为0.35～0.39mm的铜合金线材；
S5、将步骤S2得到的金属液C倒入步骤S4所得的铜合金线材中，再进行连拉连退在线退火操作；
S6、将步骤S5所得产品进行酸水洗之后，再进行连拉连退加工后热处理得直径为0.08～0.41mm的铜合金线材成品；
根据权利要求4所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的熔炼温度为1200～2200℃，保温时间为1～4小时。
5.根据权利要求4所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，其特征在于，所述步骤S4中拉伸速度为880～3500m/min，退火电压为11～155V。
6.根据权利要求4所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，其特征在于，所述步骤S6中酸水洗采用酸洗液为镀层助焊剂,其比例为1∶3；水洗液为去离子水或者纯净。
7.根据权利要求4所述的一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法，其特征在于，所述步骤S6中热处理温度为200～670度，热处理时间5～22小时。
CN201510808799.1A 2015-11-23 2015-11-23 一种坚固有韧性的高性能铜合金线材及其制备方法 Pending CN105441779A (zh)

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