CN110284024B - 一种碲铜合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碲铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将阴极铜加入熔炼炉中升温熔化；待完全熔化后加入磷铜中间合金脱氧，然后加入碲铜中间合金，控制炉温1250℃～1260℃，保温静置后加入稀土元素，完全熔化后调整炉温为1200℃～1240℃，经水冷浇铸成锭；(2)进行挤压变形加工；(3)酸洗及液压拉拔；(4)进行抛光和定尺，即得；所述碲铜合金材料的元素组成按重量百分比计为：Te 0.15～0.5％；R 0.08～0.12％；P 0.002～0.005％；Cu余量；R为稀土元素钪或钇中的至少一种。本发明方法能够提高碲铜合金材料的导电率，并保证其具有较高的力学强度。
Description
技术领域
本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种碲铜合金材料的制备方法。
背景技术
碲铜C14500，一是种高导易切削铜合金材料，其兼顾了优良的易切削性能、导电、导热、抗腐蚀、抗电烧蚀性能，冷热加工性能较好。二次世界大战后，随着碲元素的广泛应用，易切削铜合金开始出现，以C14500铜合金为代表的易切削合金材料出色地解决了高导电率铜材加工难的问题。但是由于C14500导电率只有85～90％ICAS，在用于高压、大电流电子电器连接件时，长时间高负荷工作条件下，易导致连接件温度升高，电阻增大，最后导致电接触失效，影响其使用寿命；另一方面若要加强其导电率则会导致合金材料的力学性能较差，难以满足其他领域的使用需求。
国内外有研究学者对高强、高导铜合金材料进行了研究，强化方法主要为合金化法和复合材料法：合金化法在一定程度上以牺牲导电率的方式来提高力学性能，无法真正达到两者兼顾的结果，合金化法制备的铜合金导电率一般不超过80％IACS，且需要加入价格昂贵的Cr、Zr、Ni等金属，其工艺复杂，工业化应用及生产困难；复合材料法加工工艺十分繁琐，生产成本较高，目前仍处于实验研究阶段。
因此，能否提供一种碲铜合金材料的制备方法，以期能够在提高其导电率的同时，还能够很好保证所得合金材料的力学强度，实现其应用的扩展，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种碲铜合金材料的制备方法，以提供一种既能够提高碲铜合金材料的导电率，又能够保证其具有较高的力学强度的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种碲铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按相应重量百分比计，将纯度为99.99％以上的余量阴极铜加入熔炼炉中，在覆盖剂覆盖保护下升温熔化；待阴极铜完全熔化后，按磷占比加入磷铜中间合金脱氧，控制炉温至1150℃～1170℃，保温静置后加入碲铜中间合金，控制炉温至1250℃～1260℃，保温静置后加入稀土元素，完全熔化后，搅拌熔池，调整炉温为1200℃～1240℃，多次烘烤炉头后用水冷浇铸成锭；
(2)挤压：将步骤(1)所得铜合金铸锭放入感应炉中，加热至830～840℃，保温30～45min，使晶粒均匀细化，然后进行挤压变形加工；
(3)酸洗及液压拉拔：对步骤(2)所得物进行酸洗，洗去表面氧化物，然后进行液压拉拔；
(4)将上述拉拔变形后的型材进行抛光和定尺，即得；
所述碲铜合金材料的元素组成按重量百分比计为：
Te 0.15～0.5％；
R 0.08～0.12％；
P 0.002～0.005％；
Cu余量；
R为稀土元素钪或钇中的至少一种。
本发明通过在碲铜合金中引入稀土元素钪或钇，并设计了一种适合于所述合金材料的制备工艺，不仅能够很好满足工业化生产应用，同时所得合金材料的导电率和力学性能均得以大幅度提升。
进一步的是，步骤(1)中所述覆盖剂为木炭、石墨鳞片或石墨粉中的一种。
进一步的是，所述磷铜中间合金为CuP14。
进一步的是，所述碲铜中间合金为CuTe。
进一步的是，所述挤压变形加工是在800卧式挤压机上进行，其规格为1200+15KW。
进一步的是，所述挤压为采用反挤压方式，挤压温度为780℃±10℃。
进一步的是，所述酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为15～20％的硫酸槽内酸洗。
进一步的是，所述液压拉拔是在液压拉拔机中进行，其规格为60+18KW。
进一步的是，所述液压拉拔的拉扎模规格为Ф2.5mm*39mm。
由于本发明采用了上述制备方法，实现了以下有益效果：
(1)本发明方法所得碲铜合金材料的导电率高达97％以上；
(2)本发明方法所得碲铜合金材料的力学性能为：抗拉强度Rm≥380MPa，切削性能≥90％，延伸率≥22％。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种碲铜合金材料，其元素组成按重量百分比计为：
Te 0.15％；R 0.08％；P 0.002％；Cu余量；其中，R为稀土元素钪。
上述碲铜合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按相应重量百分比计，将纯度为99.99％的余量阴极铜加入熔炼炉中，在覆盖剂(木炭)覆盖保护下升温熔化；待阴极铜完全熔化后，按磷占比加入磷铜中间合金CuP14脱氧，控制炉温至1150℃，保温静置15min后加入碲铜中间合金CuTe，控制炉温至1250℃，保温静置15min后加入稀土元素钪，完全熔化后，搅拌熔池，调整炉温为1200℃，多次烘烤炉头后用水冷浇铸成锭；
(2)挤压：将步骤(1)所得铜合金铸锭放入感应炉中，加热至830℃，保温30min，使晶粒均匀细化，然后进行挤压变形加工；挤压变形加工是在800卧式挤压机上进行，其规格为1200+15KW，挤压为采用反挤压方式，挤压模大小为4.3mm*40.3mm，挤压温度为780℃±10℃；
(3)酸洗及液压拉拔：对步骤(2)所得物进行酸洗，将挤压后所得坯锭置于浓度为15％的硫酸槽内酸洗，洗去表面氧化物，然后进行液压拉拔；液压拉拔是在液压拉拔机中进行，其规格为60+18KW，拉扎模规格为Ф2.5mm*39mm；
(4)将上述拉拔变形后的型材进行抛光和定尺，即得。
对所得碲铜合金进行性能检测，，每批各十个试样，取平均值。金属材料拉伸试验参照标准GB/T228，金属材料弯曲试验按照标准GB/T232，电导率的检测方法按金属材料电阻系数测量方法GB/T351标准的规定进行检测。检测所得碲铜合金材料的力学性能为：抗拉强度Rm＝382MPa，切削性能＝90％，延伸率＝22％，电导率为97％。
实施例2
一种碲铜合金材料，其元素组成按重量百分比计为：
Te 0.5％；R 0.12％；P 0.005％；Cu余量；其中，R为稀土元素钇。
上述碲铜合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按相应重量百分比计，将纯度为99.99％的余量阴极铜加入熔炼炉中，在覆盖剂(石墨鳞片)覆盖保护下升温熔化；待阴极铜完全熔化后，按磷占比加入磷铜中间合金CuP14脱氧，控制炉温至1170℃，保温静置后加入碲铜中间合金CuTe，控制炉温至1260℃，保温静置后加入稀土元素钇，完全熔化后，搅拌熔池，调整炉温为1240℃，多次烘烤炉头后用水冷浇铸成锭；
(2)挤压：将步骤(1)所得铜合金铸锭放入感应炉中，加热至840℃，保温45min，使晶粒均匀细化，然后进行挤压变形加工；挤压变形加工是在800卧式挤压机上进行，其规格为1200+15KW，挤压为采用反挤压方式，挤压模大小为4.3mm*40.3mm，挤压温度为780℃±10℃；
(3)酸洗及液压拉拔：对步骤(2)所得物进行酸洗，将挤压后所得坯锭置于浓度为20％的硫酸槽内酸洗，洗去表面氧化物，然后进行液压拉拔；液压拉拔是在液压拉拔机中进行，其规格为60+18KW，拉扎模规格为Ф2.5mm*39mm；
(4)将上述拉拔变形后的型材进行抛光和定尺，即得。
按实施例1所述方法对所得碲铜合金进行性能检测，检测所得碲铜合金材料的力学性能为：抗拉强度Rm＝386MPa，切削性能＝92％，延伸率＝23％，电导率为98％。
实施例3
一种碲铜合金材料，其元素组成按重量百分比计为：
Te 0.35％；R 0.09％；P 0.003％；Cu余量；其中，R为稀土元素钪和钇的混合物(质量比1:3)。
上述碲铜合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按相应重量百分比计，将纯度为99.99％的余量阴极铜加入熔炼炉中，在覆盖剂(石墨粉)覆盖保护下升温熔化；待阴极铜完全熔化后，按磷占比加入磷铜中间合金CuP14脱氧，控制炉温至1160℃，保温静置20min后加入碲铜中间合金CuTe，控制炉温至1255℃，保温静置20min后加入稀土元素R，完全熔化后，搅拌熔池，调整炉温为1220℃，多次烘烤炉头后用水冷浇铸成锭；
(2)挤压：将步骤(1)所得铜合金铸锭放入感应炉中，加热至837℃，保温40min，使晶粒均匀细化，然后进行挤压变形加工；挤压变形加工是在800卧式挤压机上进行，其规格为1200+15KW，挤压为采用反挤压方式，挤压模大小为4.3mm*40.3mm，挤压温度为780℃±10℃；
(3)酸洗及液压拉拔：对步骤(2)所得物进行酸洗，将挤压后所得坯锭置于浓度为18％的硫酸槽内酸洗，洗去表面氧化物，然后进行液压拉拔；液压拉拔是在液压拉拔机中进行，其规格为60+18KW，拉扎模规格为Ф2.5mm*39mm；
(4)将上述拉拔变形后的型材进行抛光和定尺，即得。
按实施例1所述方法对所得碲铜合金进行性能检测，检测所得碲铜合金材料的力学性能为：抗拉强度Rm＝392MPa，切削性能＝94％，延伸率＝24％，电导率为98％。
Claims (8)
1.一种碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)熔炼：按相应重量百分比计，将纯度为99 .99％以上的余量阴极铜加入熔炼炉中，在覆盖剂覆盖保护下升温熔化；待阴极铜完全熔化后，按磷占比加入磷铜中间合金脱氧，控制炉温至1150℃，保温静置后加入碲铜中间合金CuTe，控制炉温至1250℃，保温静置后加入稀土元素钪，完全熔化后，搅拌熔池，调整炉温为1200℃，多次烘烤炉头后用水冷浇铸成锭； (2)挤压：将步骤(1)所得铜合金铸锭放入感应炉中，加热至830℃，保温30min，使晶粒均匀细化，然后进行挤压变形加工； (3)酸洗及液压拉拔：对步骤(2)所得物进行酸洗，洗去表面氧化物，然后进行液压拉拔；所述液压拉拔的拉拔模规格为Ф2.5mm*39mm； (4)将上述拉拔变形后的型材进行抛光和定尺，即得；所述碲铜合金材料的元素组成按重量百分比计为： Te0.15％；R0.08％； P0.002％； Cu余量； R为稀土元素钪。
2.根据权利要求1所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述覆盖剂为木炭、石墨鳞片或石墨粉中的一种。
3.根据权利要求1所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述磷铜中间合金为CuP14。
4.根据权利要求1所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述挤压变形加工是在800卧式挤压机上进行，其规格为1200+15kW。
5.根据权利要求4所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述挤压为采用反挤压方式，挤压温度为780℃± 10℃。
6.根据权利要求5所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述反挤压的挤压模大小为4.3mm*40.3mm。
7.根据权利要求1所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为15～20％的硫酸槽内酸洗。
8.根据权利要求1所述的碲铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述液压拉拔是在液压拉拔机中进行，其规格为60+18kW。
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