CN112725653A - 一种新型高塑性金基电刷材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型高塑性金基电刷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金基电刷材料的加工技术领域，尤其涉及一种新型高塑性金基电刷材料及其制备方法。电刷材料的成分为Cu：15‑18wt.％,Ag：5.5‑7.5wt.％,Zn:0.5‑2wt.％，RE：0‑0.5wt.％，余量为金。制备方法主要为首先使用真空感应炉熔炼CuZn、CuRE中间合金，再加入其他高纯金属二次熔炼。对铸棒进行孔轧、拉丝，并配以相应的中间退火；丝材成品进行600‑700℃保温20‑80min的固溶处理，立即水淬后进行200‑300℃保温1‑6h的时效处理。通过该方法制得的电刷材料性能稳定，具有较高的硬度，优异的塑性性能，与一般金基电刷材料标准性能相比塑性提高了两倍以上。

Description

一种新型高塑性金基电刷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金基电刷材料的加工技术领域，尤其涉及一种高塑性金基电刷成分及其丝材产品的制备领域。
背景技术
电刷材料在航空、航天、船舶等工业领域广泛应用。不同的应用环境对电刷的性能要求不同，主要集中在电接触性能、机械性能和化学性能等方面。随着航空、航天及船舶等行业领域的高速发展，对电刷材料的需求也在不断的增加，主要为不同规格的丝材产品。材料的塑性直接影响着产品的使用效果和寿命。而目前应用较多的AuCuAg、AuAg等金基电刷材料硬态下塑性仅为1～2％，退火态塑性提高但强度大幅降低，难以满足不同应用环境对材料的性能要求。
我国作为稀土大国，稀土资源较为丰富，对稀土的研究与应用较为广泛。在合金中加入微量稀土元素进行微合金化对提升合金性能的有效性已得到有效印证。加入稀土元素一方面可以净化熔体，提高合金熔炼铸造过程中的组织均匀性；另一方面可以细化合金晶粒，进而提高合金的力学性能。在贵金属基合金中加入稀土元素改进合金性能也有相关研究并取得了一定的成果。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明旨在克服上述材料性能的问题，提供一种新型高塑性金基电刷材料及通过对其丝材进行固溶时效处理制备兼具强塑性能的电刷产品的手段。
用于解决技术问题的方法
针对上述问题，本发明提出了一种高塑性金基电刷材料，其包括：金基电刷丝材的成分为AuCuAgZnRE，其中Cu：15-18wt.％,Ag：5.5-7.5wt.％,Zn:0.5-2wt.％，RE：0-0.5wt.％。
在一个优选的实施方案中，所述丝材φ≤1mm；成品延伸率＞4％；硬度≥260kg/mm2。
上述金基电刷材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)合金的熔炼：使用真空感应熔炼炉进行中间合金熔炼，然后氧化铝坩埚熔炼二次熔炼，铜模浇铸得到合金铸棒；
(2)铸棒的孔轧：退火间变形量为70％-80％，最终孔轧粗丝尺寸≤φ10mm；
(3)孔轧粗丝的拉丝：退火间变形量为40％-90％；
(4)拉丝成品的固溶处理：将丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温结束后立即进行水淬冷却；
(5)拉丝成品的时效处理：将水淬冷却后的丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于低温电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温结束后置于空气中缓慢冷却至室温。
在一个优选的实施方案中，以Au、Cu、Ag、Zn、RE为原材料，首先进行CuZn、CuRE中间合金熔炼；再加入高纯Au、Ag进行二次熔炼。
在一个优选的实施方案中，孔轧过程中及孔轧结束后的退火需使用专用退火管，两端使用铜皮包裹，退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
在一个优选的实施方案中，拉丝过程中的退火使用退火管，两端使用铜皮包裹，等温退火，退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
在一个优选的实施方案中，固溶处理的保温温度为600-700℃，保温时间为20-80min。
在一个优选的实施方案中，时效处理的保温温度为200-350℃，保温时间为1-6h。
本发明的有益效果
本发明制得的金基电刷材料性能优异，经过固溶时效处理，材料具有良好的塑性，与一般金基电刷材料相比提高了两倍以上，可以满足航空航天等不同领域对材料的性能需求。其次本发明提到的制备方法适用于不同规格丝材产品的生产，工艺简单、高效。本发明中所有中间边角料统一回收，经化学清洗后可再次使用，减少了损耗，提高了经济效益。
从以下示例性实施方案的描述中，本发明的进一步特征将变得显而易见。
具体实施方式
以下对本公开的一个实施方式具体地说明，但本公开并非限定于此。
新型金基电刷材料的成分为Cu：15-18wt.％,Ag：5.5-7.5wt.％,Zn:0.5-2wt.％，RE：0-0.5wt.％，余量为金。通过加入微量稀土元素改善合金组织、细化晶粒提高合金性能。制备方法主要为首先使用真空感应炉熔炼CuZn、CuRE中间合金，再加入其他高纯金属二次熔炼。对铸棒进行孔轧、拉丝，并配以相应的中间退火；丝材成品进行600-700℃保温20-80min的固溶处理，立即水淬后进行200-300℃保温1-6h的时效处理。
本发明采用的具体技术手段为：
1.合金的熔炼：合金具体成分为Cu：15-18wt.％,Ag：5.5-7.5wt.％,Zn:0.5-2wt.％，RE：0-0.5wt.％，余量为Au。熔炼原材料为高纯Au、Ag、Cu、Zn、RE，首先熔炼CuZn、CuRE中间合金。再向中间合金中加入高纯Au、Ag进行二次熔炼。熔炼使用真空感应熔炼炉，氧化铝坩埚，使用铜模浇铸得到棒状铸锭。
2.铸锭的孔轧：两次退火间总变形量为70％-80％。最终孔轧粗丝直径不大于10mm。轧制过程中及轧制完成后使用专用退火管退火，两端使用铜皮包裹防止氧化。退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
3.粗丝的拉丝：拉丝过程中两次退火间总变形量为40％-90％。退火为等温退火，使用丝材专用退火管，两端使用铜皮包裹。退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
4.丝材成品的固溶：将丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温温度为600℃-700℃，保温时间为20-80min。保温结束后立即进行水淬冷却。
5.丝材成品的时效：将丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于低温电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温温度为200-350℃，保温时间为1-6h。保温结束后置于空气中缓慢冷却至室温。
实施例
通过实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于下述实施例。
实施例1
熔炼AuCuAgZnRE17-6.3-1-0.2(其中的数值为合金中元素含量，AuCuAgZnRE17-6.3-1-0.2即为Cu:17％、Ag：6.3％、Zn：1％、RE：0.2％，其余含量为Au；以下数值都是如此)合金。以高纯金属为原材料，在真空自感应熔炼炉中熔炼CuZn25、CuRE20中间合金，中间合金熔炼完成后与高纯金、银一起加入氧化铝坩埚中进行二次熔炼。使用铜模进行浇铸得到合金铸棒。对铸棒进行孔轧，轧制道次变形量为10％，总变形量达75％时进行一次650℃/30min退火，退火在专用退火管(管式退火炉)内进行，并且退火管两端使用铜皮包裹。再次孔轧至总变形量75％得到φ7mm粗丝，对丝材进行退火，退火工艺与前次完全相同。对粗丝进行拉丝处理，拉丝道次变形量≤10％，总变形量至75％时进行等温中间退火，退火使用专用管式退火炉，两端使用铜皮包裹，退火温度650℃，时间30min；退火后丝材继续拉制，拉至总变形量为88％时进行等温中间退火，退火工艺与前次完全相同；退火后丝材继续拉丝至最终尺寸φ0.6mm；对成品丝材进行650℃/30min固溶处理，保温结束后立即水淬；将冷却后丝材置于250℃低温电阻炉中时效3h，保温结束后立即取出置于空气中缓慢冷却至室温。
实施例2
将固溶水淬后的丝材进行300℃保温3h的时效处理，其余步骤与实施例1完全一致。
实施例3
熔炼合金成分为AuCuAgZnRE17.5-7-1-0.2。丝材固溶工艺为670℃保温30min，时效工艺为300℃保温6h。其余步骤与实施例1完全一致。
表一
延伸率％ 硬度kg/mm<sup>2</sup>
10#合金 2.0 160-180
A02合金 1.0 240
实施例1 4.1 262.3
实施例2 5.0 269.4
实施例3 5.1 272.7
表一中对比说明了本发明制得的金基电刷材料性能优异，经过固溶时效处理，材料具有良好的塑性，与一般金基电刷材料相比提高了两倍以上，可以满足航空航天等不同领域对材料的性能需求。其次本发明提到的制备方法适用于不同规格丝材产品的生产，工艺简单、高效。本发明中所有中间边角料统一回收，经化学清洗后可再次使用，减少了损耗，提高了经济效益。
工业实用性
通过该方法制得的电刷材料性能稳定，具有较高的硬度，优异的塑性性能，与一般金基电刷材料标准性能相比塑性提高了两倍以上。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高塑性金基电刷材料，其特征在于，包括：金基电刷丝材的成分为AuCuAgZnRE，其中Cu：15-18wt.％,Ag：5.5-7.5wt.％,Zn:0.5-2wt.％，RE：0-0.5wt.％。
2.根据权利要求1所述金基电刷材料，其特征在于，所述丝材φ≤1mm；成品延伸率＞4％；硬度≥260kg/mm2。
3.权利要求1-2任一项所述金基电刷材料的制备方法，其特征在于，制备包括如下步骤：
(1)合金的熔炼：使用真空感应熔炼炉进行中间合金熔炼，然后氧化铝坩埚熔炼二次熔炼，铜模浇铸得到合金铸棒；
(2)铸棒的孔轧：退火间变形量为70％-80％，最终孔轧粗丝尺寸≤φ10mm；
(3)孔轧粗丝的拉丝：退火间变形量为40％-90％；
(4)拉丝成品的固溶处理：将丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温结束后立即进行水淬冷却；
(5)拉丝成品的时效处理：将水淬冷却后的丝材使用铜皮完全包覆，隔绝空气置于低温电阻炉炉膛有效加热区内保温，保温结束后置于空气中缓慢冷却至室温。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以Au、Cu、Ag、Zn、RE为原材料，首先进行CuZn、CuRE中间合金熔炼；再加入高纯Au、Ag进行二次熔炼。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，孔轧过程中及孔轧结束后的退火需使用专用退火管，两端使用铜皮包裹，退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，拉丝过程中的退火使用退火管，两端使用铜皮包裹，等温退火，退火温度为600-720℃，优选温度范围为650-680℃，退火时间为10-60min。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，固溶处理的保温温度为600-700℃，保温时间为20-80min。
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，时效处理的保温温度为200-350℃，保温时间为1-6h。
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