CN1132952C

CN1132952C - 一种高导电耐磨铜基材料

Info

Publication number: CN1132952C
Application number: CN 01133295
Authority: CN
Inventors: 涂江平; 杨友志; 张孝彬; 刘芙
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-12-31
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: CN1346896A

Abstract

本发明是一种铜基合金材料，这种材料含有(重量)：0.4～2.9%Ti、0.2～1.3%B、0.1～0.9%Sn、0.01～0.06%Ce、余Cu。它具有优良的耐磨性、导电性和导热性，较高的抗张强度、弹性极限和合适的韧性，较低的热膨胀系数，冷热态加工性好，易钎焊和电镀，与树脂封装性能良好。可用于制造电加工电极和焊接电极，也可制造集成电路引线框架、仪器仪表和电子通信器件中的弹性接触元件。

Description

一种高导电耐磨铜基材料

技术领域

本发明属于铜基合金。

背景技术

当前电加工电极和焊接电极和仪器仪表、电子通信器件中的导电接触簧片、接插件等弹性接触元件及集成电路引线框架，广泛采用铬青铜、锡青铜及Cu-Fe-P系(如C19400合金)等合金。虽然含铬量较低的铬青铜(如QCr0.5)具有高的导电率，但抗张强度和硬度较低，耐磨性也较差，而含铬量较高的铬青铜(Cr≥0.8％)熔炼工艺复杂，容易产生成分偏析；锡青铜(含Sn：5～8％)加工性能差，生产周期长，导电率偏低，热稳定性也较低，最大工作温度小于100℃；C19400合金(Cu-2.3Fe-0.035P-0.1Zn)的耐磨性和强度则均偏低。目前国内外正在大力研究和开发代替铬青铜、锡青铜及C19400合金的新型铜基耐磨合金及具有良好耐磨性能的弹性合金。日本开发的含15～40％Zn、2.0～8.0％Al、0.5～5.0％Mn、0.5～5.0％Ni、0.1～2.0％Sn、0.5～5.0％Fe、1.0～5.0％Si、0.01～1.0％Cr、0.01～0.5％Ti、余Cu的铜合金虽然具有较高的耐磨性能，但由于其导电性能较差而仅局限于在机械传动方面应用；高铝青铜(QAl 10-4-4)也存在导电和韧性较低、耐磨性不足等问题。在耐磨弹性合金领域已开发的材料有Cu-Cr-Zr系、Cu-Ni-Si系和Cu-Fe-Al-P系等。美国Olin公司还开发了含2.8％Al、1.8％Si、0.4％Co、余Cu的C63800合金和含3.4％Al、0.4％Co、22.7％Zn、余Cu的C68800合金。但C63800合金和C68800合金虽有较高的强度，但前者导电率较差，后者则抗应力腐蚀性能差，冷加工硬化性能较高、加工困难。

发明内容

本发明是要提供一种具有优良耐磨、导电和导热性能，抗张强度较高、弹性性能较好、热膨胀系数较低，且原料来源丰富、加工方便的铜基材料。

本发明提供的材料含有(按重量)0.4～2.9％Ti、0.2～1.3％B、0.1～0.9％Sn、0.01～0.06％Ce、余Cu。

本发明以工业纯铜、工业纯钛、硼铜中间合金、工业纯锡和富铈混合稀土为基本原料。按材料成分配料将工业纯铜、硼铜中间合金、工业纯锡、工业纯钛和富铈混合稀土于中频炉中熔炼，浇铸成棒(或板)坯。铸锭铣面，均匀化退火后经热挤压、冷拉加工，制成棒材和线材；板坯可热轧、冷轧制成带材；也可直接制备铸件使用。

本发明材料通过采用调整Ti、B合金元素含量和控制熔液温度，达到控制熔液中的原位反应速度。在1250-1330℃温度条件下，合金熔液中Ti、B合金元素之间发生原位化学反应生成TiB₂。原位反应生成的细小(50-300nm)高硬度TiB₂颗粒弥散分布于材料基体中而达到强化并使材料获得高强度、高硬度和高耐磨性及适当的韧性。TiB₂本身具有良好的导电、导热性能，且原位反应产生的TiB₂颗粒与材料基体界面清洁、致密，使铜基体保持较高的导电率和热传导率，并明显降低材料的热膨胀系数。在热变形过程中，部分固溶于铜基体中的Ti、B合金元素会继续发生反应而析出弥散的纳米TiB₂颗粒(20-50nm)，使材料的强度、硬度、耐磨性及导电率进一步提高。少量合金元素锡固溶于铜基体中能促进Ti、B合金元素反应析出，同时具有细化晶粒作用，并明显提高了合金的加工硬化效果和耐磨性能，改善了合金的钎焊与电镀性能，而对合金导电率影响不大。微量富铈混合稀土元素提高了TiB₂颗粒的原位形核几率，防止TiB₂颗粒偏析，并细化晶粒，提高了材料的塑性、韧性和强度及材料的铸造工艺性能和冷、热加工性能。

具体实施方式

实施例：

材料成分含有(重量)1.6％Ti、0.7％B、0.4％Sn、0.02％Ce、余Cu。按材料成分配料将工业纯铜、硼铜中间合金、工业纯锡、工业纯钛和富铈混合稀土于中频炉中熔炼并控制合金熔液温度在1250-1350℃，浇铸成棒(或板)坯。铸锭铣面，均匀化退火后经热挤压、冷拉加工，制成棒材和线材；板坯可热轧、冷轧制成薄带材。

表1示出了本发明材料在室温(20℃)力学、电学和热学性能。表1抗张强度屈服强度延伸率弹性模量硬度导电率导热系数

W/cm·s·℃σ_b(MPa) σ_0.2(MPa) δ(％) E(GPa) HV ％IACS610-650 480-510 6-10 116-123 170-210 67-71 2.94-3.10

本发明材料与常用铬青铜QCr0.5合金、锡青铜QSn6.5-0.1合金和C19400合金相比，具有如下优点：

1.导电和导热性能优良，抗张强度较高。

2.耐磨性高。由于TiB₂颗粒的弥散强化作用并与铜基体结合强度高，本发明材料具有良好的耐磨及耐电蚀性能。在滑动磨损(滑动速度0.523米/秒，施加载荷40牛顿，与粉末冶金Cu-C复合材料滑块对磨)条件下，无电流作用时，本发明材料的磨损率为1.3毫克/千米，而QCr0.5合金的磨损率为7.0毫克/千米，QSn6.5-0.1合金和C19400合金的磨损率分别11.4毫克/千米和19.7毫克/千米；在70伏30安培电流作用电滑动磨损(滑动速度14米/秒，施加载荷20牛顿，与粉末冶金Cu-C复合材料滑块对磨)时，本发明材料的磨损率为2.6毫克/千米，而QCr0.5合金的磨损率为4.4毫克/千米，QSn6.5-0.1合金和C19400合金的磨损率分别27.4毫克/千米和9.2毫克/千米。在24伏30安培条件下，本发明材料作为电极的电弧烧损量为2.47克/小时，是QCr0.5合金烧损量的41％，QSn6.5-0.1合金烧损量的9％，C19400合金烧损量的32％。

3.热膨胀系数低。本发明材料的线膨胀系数(20-100℃)为12.7-13.3×10^-6/℃，低于QCr0.5合金的线膨胀系数(α_20-100℃：17.6×10^-6/℃)、QSn6.5-0.1合金的线膨胀系数(α_20-100℃：16.9×10^-6/℃)和C19400合金的线膨胀系数(α_20-100℃：17.5×10^{- 6}/℃)。

4.弹性性能优良。本发明材料的弹性极限为440-450MPa，高于硬态QCr0.5合金的弹性极限(360MPa)和硬态C19400合金的弹性极限(380MPa)，与硬态锡青铜QSn6.5-0.1合金的弹性极限相同。

5.加工性能良好。由于原位反应生成的TiB₂颗粒的细小、弥散，且与铜基体结合强度高，本发明材料的过热敏感性低，不需固溶和时效处理，生产工艺易控制，产品性能稳定，成品率高。与Pb-Sn合金钎料钎焊性能良好，电镀(Ni、Sn、Ag)性能和与树脂封装性能良好。

6.原料来源丰富，成本较低。

本发明铜基材料可用来制造电加工电极和焊接电极，也可制造集成电路引线框架、仪器仪表和电子通信器件中的弹性接触元件。

Claims

1.一种高导电耐磨铜基材料，其特征是含有(按重量)0.4～2.9％Ti、0.2～1.3％B、0.1～0.9％Sn、0.01～0.05％Ce、余Cu。

2.根据权利要求1所述的高导电耐磨材料，其特征是含有(按重量)1.6％Ti、0.7％B、0.4％Sn、0.02％Ce、余Cu。