CN108823464A - 一种铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：1）铜银合金化：将铜在真空度不大于9.0×10^‑3 Pa条件下加热，至加热温度为800℃~900℃时停止抽真空，并在惰性气体保护下升温加热至铜完全熔化然后加入银混合形成熔体，浇铸成铸锭；2）合金固溶处理：对铸锭固溶处理；3）冷变形加工；4）时效热处理。本发明中制备的铜合金的银含量较少，并且该制备过程可极大减少贵金属银的烧损，降低了生产成本；配合适当的热处理与冷加工工艺获得的铜合金材料具有高强高导的特点，成分均匀，性能稳定，便于加工成各种铜材，为其广泛应用提供了保障。

Description

一种铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铜合金冶炼加工领域，特别是涉及一种铜合金材料及其制备方法。

背景技术

对于传统的铜、铝及其合金的导电材料而言，其强度及导电性存在此消彼长的关系，一般很难兼备高导电性与高强度。由于金属铜和金属银具有优良的导电性以及它们在常温下互不固溶，因此是实现高强高导的理想候选材料，被广泛应用于电力机车传输线，输运导线，引线框架以及高磁场脉冲磁体等领域。常规实现高强高导铜银合金材料的方法是实现铜银合金化，通过调整合金中银的含量，来提高材料的强度。

如CN 103572184A公开了一种高强度铜银合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)以铜、银为原料，按照质量分数银15-20％，余量为铜的比例进行配料；2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料；3)采用真空自耗电弧熔炼技术精炼铜银合金棒料；4)热挤压：挤压温度为800～900℃，保温2～4h，挤压比为8～10，挤压成棒材；5)热处理：退火温度为200～250℃，保温时间为1～2h，随炉冷却；6)拉拔即得。

CN 101643866A公开了一种高强高导Cu-Ag合金材料及其制备方法，并具体公开了该合金材料成分为Ag5wt％-10wt％，铜余量，及该合金材料的制备方法，包括：1)化学成分设计；2)熔炼室和定向凝固室抽真空；3)石墨坩埚预热；4)合金熔炼；5)下拉石墨坩埚；6)取出合金锭；7)热挤压；8)热处理；9)拉丝。

但是现有技术中方法都是实现铜银合金化的方式，通过加入大量贵金属银牺牲了导体导电性能来提高材料强度的，不能实现铜银合金材料的最佳性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铜合金及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明提供一种铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)铜银合金化：将铜在真空度大于9.0×10^-3Pa条件下加热，至加热温度为800℃～900℃时停止抽真空，并在惰性气体保护下升温加热至铜完全熔化然后加入银混合形成溶体，浇铸成铸锭；

2)合金固溶处理：对铸锭固溶处理；

3)冷变形加工；

4)时效热处理。

优选地，步骤1)中，以银和铜的总质量为基准计，银的用量为0.1wt％～1.0wt％。

优选地，步骤1)中，升温加热温度为1150～1200℃。

优选地，步骤1)中，所述银采用银颗粒，银颗粒的直径为0.01cm～0.5cm。本申请中加入在完全熔化的铜熔体中加入银颗粒，使得银颗粒快速溶解并与铜熔体充分混合均匀。

优选地，步骤1)中，所述铜采用无氧铜。

优选地，步骤1)中，所述银颗粒纯度为99.9％。

优选地，步骤2)中，铸锭固溶处理是指将铸锭加热到高温单相区恒温保持，使银相充分溶解到铜熔体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体。

优选地，所述高温单相区的温度为700℃～850℃。恒温保持时间为4～12h。

优选地，在恒温加热结束后快速放入水中进行冷却。更优选地，恒温加热结束后至放入水中的间隔时间不超过5s。

对固溶处理后的铸锭进行实际需要的冷变形加工。优选地，步骤3)中，冷变形加工是指对固溶处理后的铸锭在再结晶温度以下进行冷加工。更优选地，冷变形加工工序中变形率η值为1～4，其中η＝ln(S₀/S)，S₀、S分别为冷变形加工前后试样的横截面积。更优选地，本申请中的冷变形加工是指冷轧和冷拉。

优选地，冷变形加工可以是一次或多次。更优选地，每次冷变形加工的变形量Q不超过15％，所述变形量Q＝(S₀-S)/S₀，其中，S₀、S分别为冷变形前后试样的横截面积。

优选地，步骤4)中，时效热处理是在某一特定温区放置处理以用于实现过饱和状态银的大量析出。时效热处理的温度为350～500℃。时效热处理时的保温时间为4～8h。

本发明还公开了一种铜合金材料，所述铜合金材料由如上述任一所述的方法制备获得。

本发明公开的一种铜合金及其制备方法，具有以下有益效果：本发明通过分离铜银而熔炼铜银合金，降低了银的烧损，后经固溶处理改善晶体组织，实现银在铜中的过饱和的状态，再通过冷变形，增加银的激活能，通过时效处理，实现银的大量均匀析出，调整组织结构，消除组织缺陷，最终获得高强高导铜合金。本发明中制备的铜合金的银含量较少，并且该制备过程可极大减少贵金属银的烧损，降低了生产成本；同时配合适当的热处理与冷加工工艺获得的获得的铜合金材料具有高强高导的特点，性能稳定，便于加工成各种铜材，为其广泛应用提供了保障。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

实施例1

本实施例的铜银合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.5cm的银颗粒为原料，按照银为0.5wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铸锭，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内但并不混合，其中银颗粒装入储料室内，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到900℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当温度到达1150℃时加入银，并进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，自然冷却得到铸锭。

3)对铸锭的固溶处理的温度为700℃，保温时间为4h，出炉和入水间隔时间小于5s，并放置于水中进行水冷。

4)对固溶后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为2，每次变形量Q为10％。

5)对冷变形加工后的合金时效热处理的温度为350℃，保温时间为4h，随炉冷。

实施例2

本实施例的高强度铜银合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.01cm的银颗粒为原料，按照银为1.0wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内但并不混合，其中银颗粒装入储料室内，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到800℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当温度到达1200℃时加入银，并进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，冷却得到铸锭。

3)对铸锭的固溶处理的温度为850℃，保温时间为12h，出炉和入水间隔时间小于5s，并放置于水中进行水冷。

4)对固溶后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为4，每次变形量Q为13％。

5)对冷变形加工后的合金时效处理的温度为500℃，保温时间为8h，随炉冷。

实施例3

本实施例的高强度铜银合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.05cm的银颗粒为原料，按照银为0.1wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内但并不混合，其中银颗粒装入储料室内，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到850℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当温度到达1180℃时加入银，并进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，冷却得到铸锭。

3)对铸锭的固溶处理的温度为800℃，保温时间为10h，出炉和入水间隔时间小于5s，并放置于水中进行水冷。

4)对固溶后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为1，每次变形量Q为14％。

5)对冷变形加工后的合金时效处理的温度为400℃，保温时间为5h，随炉冷。

实施例4

本实施例的高强度铜银合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.2cm的银颗粒为原料，按照银为0.3wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内但并不混合，其中银颗粒装入储料室内，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到830℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当温度到达1160℃时加入银，并进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，冷却得到铸锭。

3)对铸锭的固溶处理的温度为750℃，保温时间为8h，出炉和入水间隔时间小于5s，并放置于水中进行水冷。

4)对固溶后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为3，每次变形量Q为11％。

5)对冷变形加工后的合金时效处理的温度为450℃，保温时间为7h，随炉冷。

对比例1

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.2cm的银颗粒为原料，按照银为0.3wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内混合，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到830℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当金属全部熔化温度到达1160℃时，进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，冷却得到铸锭。

3)对铸锭的固溶处理的温度为750℃，保温时间为8h，出炉和入水间隔时间小于5s，并放置于水中进行水冷。

4)对固溶后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为3，每次变形量Q为11％。

5)对冷变形加工后的合金时效处理的温度为450℃，保温时间为7h，随炉冷。

对比例2

1)以无氧铜、纯度为99.9％直径为0.2cm的银颗粒为原料，按照银为0.3wt％，余量为铜的比例进行配料；

2)采用真空熔炼技术制备铜银合金棒料，将配比好的铜、银一次性装入真空熔炼炉内但并不混合，其中Ag装入储料室内，然后抽真空，当真空度达到9.0×10^-3Pa时开始加热，升高功率，当温度达到830℃时，关闭真空，充入氩气至真空度为1.0×10²Pa，当温度到达1160℃时加入银，并进行搅拌，搅拌2-3min后浇铸，冷却得到铸锭。

3)对浇铸后的铸锭进行实际需要的冷变形加工，其变形率η值为3，每次变形量Q为11％。

对实施例1、2、3和4及对比例1和2中制备的铜合金材料的抗拉强度和电导率进行测试，结果如表1所示。

抗拉强度按照GB/T 228.1规定进行。

电导率按照GB/T 32791规定进行。

表1实施例1、2、3、4和对比例1、2的铜合金材料的抗拉强度和电导率测试结果测试项目

由上述表1中可以看出：通过本发明所提供的试验方法，可以有效地减少贵金属银的烧损，本发明所提供的热处理和冷加工工艺可以同时提高合金的导电率和抗拉强度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)铜银合金化：将铜在真空度不大于9.0×10^-3Pa条件下加热，至加热温度为800℃～900℃时停止抽真空，并在惰性气体保护下升温加热至铜完全熔化然后加入银混合形成熔体，浇铸成铸锭；

2)合金固溶处理：对铸锭固溶处理；

3)冷变形加工；

4)时效热处理。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以银和铜的总质量为基准计，银的用量为0.1wt％～1.0wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，升温加热温度为1150～1200℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述银采用银颗粒，银颗粒的直径为0.01cm～0.5cm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，铸锭固溶处理是指将铸锭加热到高温单相区恒温保持，使银相充分溶解到铜熔体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：

所述高温单相区的温度为700℃～850℃；

恒温保持时间为4～12h；

在恒温加热结束后快速放入水中进行冷却。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，冷变形加工是指对固溶处理后的铸锭在再结晶温度以下进行冷加工；冷加工工序中变形量η值为1～4，其中η＝ln(S₀/S)，S₀、S分别为冷变形加工前后试样的横截面积。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，时效热处理是在某一特定温区放置处理以用于实现过饱和状态银的大量析出，时效热处理的温度为350～500℃。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：

时效热处理时温度为350～500℃；

时效热处理时的保温时间为4～8h。

10.一种铜合金材料，其特征在于，由包括如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备获得。