CN114196851A - 一种高强度导电铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度导电铜合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强度导电铜合金材料及其制备方法，属于有色金属技术领域。本发明提供了一种高强度导电铜合金材料，化学成分按质量百分比计包括：Ni5～16％，Sn5～10％，Mg0.05～0.5％、微量元素0.002～0.16％和余量的Cu；所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种。本发明在铜镍锡合金的基础上对成分进行优化改进，通过添加Mg以及Ti、La和Zr中的至少一种元素，能够加速不连续析出相析出，同时提高不连续析出相的热稳定性，从而提高合金的性能，使得在强化铜合金的同时，导电率不发生明显变化，进而获得具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金。

Description

一种高强度导电铜合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属技术领域，尤其涉及一种高强度导电铜合金材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息、5G通讯、探井油田、海洋工程等国家重点工程的高速发展，对超高强铜合金的需求量日益增加。同时，对超高强度铜合金的性能提出了更加苛刻的要求，如合金要求具有高强度、高温条件下具有高耐磨、耐腐蚀等性能。
目前，铜合金主要以铜镍锡材料为主，其具有高强度、高弹性、高抗应力松弛和抗高温软化等优点，是一种绿色环保型铜合金，但该合金由于导电率较低，一般小于12％IACS，为了提高合金的导电率，往往会让合金发生过时效，析出不连续析出相，但会导致合金的强度较低，不超过700MPa，很大程度限制了该合金的应用。因此，如何使铜合金兼具高强度高导电性能成为本领域亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度导电铜合金材料及其制备方法。本发明提供的铜合金材料不仅具有超高强度、高弹性、高抗应力松弛、抗高温软化性能，还具有高导电率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高强度导电铜合金材料，化学成分按质量百分比计包括：Ni 5～16％，Sn 5～10％，Mg 0.05～0.5％、微量元素0.002～0.16％和余量的Cu；所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种。
优选地，所述微量元素为Ti 0.01～0.1％、La 0.002～0.01％和Zr 0.01～0.05％中的至少一种。
优选地，所述微量元素为Ti 0.03～0.05％、La 0.005～0.007％和Zr 0.03～0.04％中的至少一种。
本发明还提供了上述技术方案所述高强度导电铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜合金原料依次进行熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火和热挤压，得到热挤压态合金；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金进行固溶处理，得到固溶态合金；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金进行时效处理，得到时效态合金；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金依次进行冷拉拔和退火，得到高强度导电铜合金材料。
优选地，所述步骤(2)中均匀化退火的温度为800～900℃，均匀化退火的保温时间为8～16h。
优选地，所述步骤(2)中热挤压的温度为850～950℃，热挤压的挤压比为9～30。
优选地，所述步骤(3)中固溶处理的温度为800～950℃，固溶处理的保温时间为1～12h。
优选地，所述步骤(4)中时效处理的温度为300～500℃，时效处理的保温时间为1～40h。
优选地，所述步骤(4)中冷拉拔的加工率为80～99.9％。
优选地，所述步骤(5)中退火的温度为200～300℃，退火的保温时间为1～8h。
本发明提供了一种高强度导电铜合金材料，化学成分按质量百分比计包括：Ni 5～16％，Sn 5～10％，Mg 0.05～0.5％、微量元素0.002～0.16％和余量的Cu；所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种。本发明在铜镍锡合金的基础上对成分进行优化改进，通过添加Mg以及Ti、La和Zr中的至少一种元素，能够加速不连续析出相析出，同时提高不连续析出相的热稳定性，从而提高合金的性能，使得在强化铜合金的同时，导电率不发生明显变化，进而获得具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金。实验结果表明，本发明提供的铜合金材料的抗拉强度σb为1000～1300MPa，屈服强度σ0.2为950～1250MPa，塑性延伸率δ为1～5％，导电率为15～30％IACS，弹性模量E为120～130GPa，200℃下1000h的抗应力松弛率为82～92％，抗软化温度为500～600℃。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度导电铜合金材料，化学成分按质量百分比计包括：Ni 5～16％，Sn 5～10％，Mg 0.05～0.5％、微量元素0.002～0.16％和余量的Cu；所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种。
按质量百分比计，本发明提供的高强度导电铜合金材料包括Ni 5～16％，优选为6～15.5％，进一步优选为7.5～15％，更优选为9％、10％、12％或13％。本发明通过控制Ni元素的含量能够进一步提高合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的高强度导电铜合金材料还包括Sn 5～10％，优选为5.5～9％，进一步优选为5.8～8％，更优选为6％、6.5％、6.8％或7％。本发明通过控制Sn元素的含量能够进一步提高合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的高强度导电铜合金材料还包括Mg0.05～0.5％，优选为0.07～0.4％，进一步优选为0.08～0.35％，更优选为0.1％、0.15％、0.23％或0.3％。本发明通过控制Mg元素的含量能够进一步提高合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的高强度导电铜合金材料还包括微量元素0.002～0.16％。在本发明中，所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种，优选为Ti、La和Zr中的至少两种，更优选为Ti、La和Zr。本发明通过添加Ti、La和Zr中的至少一种，能够加速不连续析出相的析出，同时提高不连续析出相的热稳定性，从而提高合金的性能，使得在强化铜合金的同时，导电率不发生明显变化，进而获得具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金。
在本发明中，当所述铜合金材料包括Ti时，按质量百分比计，所述Ti优选为0.01～0.1％，更优选为0.03～0.05％。本发明通过控制Ti元素的含量能够进一步提高合金的强度。
在本发明中，当所述铜合金材料包括La时，按质量百分比计，所述La优选为0.002～0.01％，更优选为0.005～0.007％。本发明通过控制La元素的含量能够进一步提高合金的强度。
在本发明中，当所述铜合金材料包括Zr时，按质量百分比计，所述Zr优选为0.01～0.05％，更优选为0.03～0.04％。本发明通过控制Zr元素的含量能够进一步提高合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的高强度导电弹性铜合金材料还包括余量的Cu。本发明中Cu为基体材料。
本发明在铜镍锡合金的基础上对成分进行优化改进，通过添加Mg以及Ti、La和Zr中的至少一种元素，能够加速不连续析出相的析出，同时提高不连续析出相的热稳定性，从而提高合金的性能，使得在强化铜合金的同时，导电率不发生明显变化，进而获得具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金。
本发明提供的铜合金材料相对于铍青铜，在保持高强度、较高导电性能的同时具有更加优良的抗应力松弛和抗高温软化等性能，可用于制作各种小型化的弹性元件，能够广泛应用于5G通讯、航空航天、国防军工以及智能终端等高端领域。
本发明提供的铜合金材料主要强化相为纳米级纤维状γ相，横向截面上γ相的平均尺寸为5～20nm，析出密度为5×1021～1×1022m-3。
本发明还提供了上述技术方案所述高强度导电铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜合金原料依次进行熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火和热挤压，得到热挤压态合金；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金进行固溶处理，得到固溶态合金；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金进行时效处理，得到时效态合金；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金依次进行冷拉拔和退火，得到高强度导电铜合金材料。
本发明将铜合金原料依次进行熔炼和铸造，得到合金铸锭。
在本发明中，所述熔炼优选在真空中频感应炉进行。本发明对所述真空中频感应炉的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，所述熔炼优选包括：先将电解铜、电解镍、纯锡和纯镁熔化，再加入铜钛中间合金、铜镧中间合金和铜锆中间合金中的至少一种。本发明对所述上述原料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明通过控制各原料的加入顺序能够使各原料熔炼的更均匀。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为1300～1350℃，更优选为1325～1330℃。本发明对所述熔炼的时间没有特殊的限定，只要保证将各原料完全熔化即可。
在本发明中，所述铸造优选为浇铸；所述铸造的温度优选为1200～1300℃，进一步优选为1225～1250℃，更优选为1225～1230℃。本发明通过控制铸造的温度能够进一步提高铜合金的质量。
得到合金铸锭后，本发明将所述合金铸锭依次进行均匀化退火和热挤压，得到热挤压态合金。
在本发明中，所述均匀化退火优选在箱式退火炉中进行。本发明对所述箱式退火炉的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，所述均匀化退火的温度优选为800～900℃，更优选为850～870℃；所述均匀化退火的保温时间优选为8～16h，更优选为10～12h。本发明通过控制均匀化退火的温度和保温时间能够进一步改善合金铸锭的塑性和韧性，使化学成分均匀化，且能够去除残余应力，从而进一步提高铜合金的物理性能。
在本发明中，所述均匀化退火的冷却方式优选为炉冷。本发明对所述炉冷的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的炉冷操作即可。
在本发明中，所述热挤压的温度优选为850～950℃，进一步优选为875～930℃，更优选为900～920℃；所述热挤压的挤压比优选为9～30，进一步优选为12～25，更优选为15～20，最优选为16～18。本发明通过控制热挤压的温度和挤压比能够使合金流动均匀，从而进一步提高合金力学性能的均匀性。
挤压完成后，本发明优选对所述热挤压得到的产物进行冷却，得到热挤压态合金。在本发明中，所述冷却优选为水冷。本发明对所述水冷的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水冷操作即可。
得到热挤压态合金后，本发明将所述热挤压态合金进行固溶处理，得到固溶态合金。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为800～950℃，进一步优选为850～920℃，更优选为900～920℃；所述固溶处理的保温时间优选为1～12h，更优选为6～8h。本发明进行固溶处理能够获得过饱和固溶体，有利于后续的时效处理。
在本发明中，所述固溶处理优选在箱式退火炉中进行。本发明对所述箱式退火炉的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，所述固溶处理的冷却方式优选为水冷。本发明对所述水冷的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水冷操作即可。
得到固溶态合金后，本发明将所述固溶态合金进行时效处理，得到时效态合金。
在本发明中，所述固溶态合金进行时效处理前优选将所述固溶态合金表面的氧化层去除后进行冷拉拔。本发明对所述表面氧化层去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。在本发明中，所述冷拉拔的加工率(△H/H)优选≤40％，进一步优选为10～30％，更优选为15～20％。本发明对所述冷拉拔的温度没有特殊的限定，在常温下进行即可。本发明通过进行冷拉拔能够进一步加速不连续析出相的析出。
在本发明中，所述时效处理的温度优选为300～500℃，进一步优选为350～450℃，更优选为400～420℃；所述时效处理的保温时间优选为1～40h，进一步优选为10～36h，更优选为15～26h。本发明利用纤维强化原理，通过时效处理使铜镍锡合金发生过时效，析出大量晶界析出相，取向杂散，基体溶质原子基本析出完全，有利于后续冷拉拔时强化合金。
在本发明中，所述时效处理优选在箱式退火炉中进行。本发明对所述箱式退火炉的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，所述时效处理的冷却方式优选为空冷。本发明对所述空冷的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的空冷操作即可。
得到时效态合金后，本发明将所述时效态合金依次进行冷拉拔和退火，得到高强度导电铜合金材料。
在本发明中，所述冷拉拔的加工率(△H/H)优选为80～99.9％，进一步优选为85～95％，更优选为90～95％。本发明对所述冷拉拔的温度没有特殊的限定，在常温下进行即可。本发明通过进行冷拉拔使杂乱无章的晶界析出相取向一致，且纤维细化，在强化合金的同时，导电率不发生明显变化，从而进一步获得具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金。
在本发明中，所述退火的温度优选为200～300℃，更优选为200～250℃；所述退火的保温时间优选为1～8h，更优选为4～6h。本发明通过进行退火能够消除合金消除内应力，有利于表面缺陷清理。
在本发明中，所述退火优选在箱式退火炉中进行。本发明对所述箱式退火炉的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，所述退火的冷却方式优选为空冷。本发明对所述空冷的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的空冷操作即可。
本发明利用纤维强化原理，通过让铜镍锡合金发生过时效现象，析出大量晶界析出相，取向杂散，基体溶质原子基本析出完全，随后，对过时效态合金进行大变形的冷拉拔，让杂乱无章的晶界析出相取向一致，且纤维细化，在强化合金的同时，导电率不发生明显变化，从而得到具有高强度、优异导电性能的铜镍锡合金；为了加速不连续析出相的析出，在固溶处理后进行小变形的冷拉拔处理。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Ti 0.05％，Ni 5％，Sn 5％，Mg0.5％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜钛中间合金，将温度升至1350℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1250℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在900℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为850℃，挤压比为9；均匀化退火的保温时间为8h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在950℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为1h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在300℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为40％；时效处理的保温时间为40h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在200℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为99.9％；退火处理的保温时间为8h，冷却方式为空冷。
实施例2
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Ti 0.01％，La 0.002％，Ni6％，Sn 5.5％，Mg 0.4％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜钛中间合金和铜镧中间合金，将温度升至1300℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1200℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在800℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为950℃，挤压比为30；均匀化退火的保温时间为16h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在800℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为12h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，随后在500℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；时效处理的保温时间为1h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在300℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为80％；退火处理的保温时间为1h，冷却方式为空冷。
实施例3
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：La 0.01％，Zr 0.05％，Ni7.5％，Sn 5.8％，Mg 0.35％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜镧中间合金和铜锆中间合金，将温度升至1325℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1225℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在850℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为900℃，挤压比为15；均匀化退火的保温时间为12h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在900℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为6h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在400℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为20％；时效处理的保温时间为36h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在300℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为90％；退火处理的保温时间为4h，冷却方式为空冷。
实施例4
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Ti 0.03％，Zr 0.01％，Ni9％，Sn 6％，Mg 0.3％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜钛中间合金和铜锆中间合金，将温度升至1325℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1200℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在850℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为920℃，挤压比为12；均匀化退火的保温时间为10h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在920℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为6h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在350℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为10％；时效处理的保温时间为36h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在300℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为95％；退火处理的保温时间为4h，冷却方式为空冷。
实施例5
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Ti 0.05％，Ni 10％，Sn6.5％，Mg 0.23％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜钛中间合金，将温度升至1300℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1250℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在850℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为920℃，挤压比为12；均匀化退火的保温时间为8h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在900℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在350℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为30％；时效处理的保温时间为36h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在200℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为95％；退火处理的保温时间为6h，冷却方式为空冷。
实施例6
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：La 0.01％，Ni 12％，Sn6.8％，Mg 0.15％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜镧中间合金，将温度升至1300℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1225℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在900℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为875℃，挤压比为16；均匀化退火的保温时间为8h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在900℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在450℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为20％；时效处理的保温时间为26h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在250℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为95％；退火处理的保温时间为6h，冷却方式为空冷。
实施例7
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Zr 0.05％，Ni 13％，Sn 7％，Mg 0.1％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜锆中间合金，将温度升至1330℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1230℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在870℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为930℃，挤压比为15；均匀化退火的保温时间为8h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在920℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在400℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为20％；时效处理的保温时间为26h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在250℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为99.9％；退火处理的保温时间为8h，冷却方式为空冷。
实施例8
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：Ti 0.01％，La 0.002％，Zr0.01％，Ni 15％，Sn 8％，Mg 0.08％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜钛中间合金、铜镧中间合金和铜锆中间合金，将温度升至1350℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1230℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在900℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为930℃，挤压比为25；均匀化退火的保温时间为12h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在950℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，随后在400℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；时效处理的保温时间为40h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在200℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为99.9％；退火处理的保温时间为8h，冷却方式为空冷。
实施例9
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：La 0.005％，Zr 0.03％，Ni15.5％，Sn 9％，Mg 0.07％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜镧中间合金和铜锆中间合金，将温度升至1350℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1250℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在850℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为900℃，挤压比为30；均匀化退火的保温时间为12h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在850℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在400℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为10％；时效处理的保温时间为40h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在200℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为95％；退火处理的保温时间为4h，冷却方式为空冷。
实施例10
高强度导电合金材料化学成分按质量百分比计为：La 0.007％，Zr 0.04％，Ni16％，Sn 10％，Mg 0.05％和余量的Cu；
所述高强度导电铜合金材料的制备方法为以下步骤：
(1)在真空感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、纯镁，待以上材料均熔化后，添加铜镧中间合金和铜锆中间合金，将温度升至1350℃进行熔炼，待熔体完全熔化后，将温度降至1300℃，进行浇铸，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置在850℃箱式炉中进行均匀化退火，再进行热挤压，水冷后得到热挤压态合金棒材；其中，热挤压的温度为900℃，挤压比为20；均匀化退火的保温时间为16h，冷却方式为炉冷；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金棒材在900℃箱式退火炉中进行固溶处理，得到固溶态合金棒材；其中，固溶处理的保温时间为8h，冷却方式为水冷；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金棒材去除表面氧化层，再进行冷拉拔，随后在400℃箱式退火炉中进行时效处理，得到时效态合金棒材；其中，冷拉拔的加工率为15％；时效处理的保温时间为40h，冷却方式为空冷；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金棒材进行冷拉拔，随后在300℃箱式退火炉中进行退火处理，得到高强度导电铜合金材料；其中，冷拉拔的加工率为95％；退火处理的保温时间为4h，冷却方式为空冷。
对实施例1～10制备得到的高强度导电铜合金材料进行性能测试，结果如表1和2所示。
表1实施例1～10制备得到的高强度导电铜合金材料的组织形态
Figure BDA0003421608400000141
Figure BDA0003421608400000151
表2实施例1～10制备得到的高强度导电铜合金材料的物理性质
Figure BDA0003421608400000152
从表1和表2可以看出，本发明提供的铜合金材料不仅具有超高强度、高弹性、高抗应力松弛、抗高温软化性能，还具有高导电率。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度导电铜合金材料，化学成分按质量百分比计包括：Ni5～16％，Sn 5～10％，Mg 0.05～0.5％、微量元素0.002～0.16％和余量的Cu；所述微量元素为Ti、La和Zr中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高强度导电铜合金材料，其特征在于，所述微量元素为Ti0.01～0.1％、La 0.002～0.01％和Zr 0.01～0.05％中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的高强度导电铜合金材料，其特征在于，所述微量元素为Ti0.03～0.05％、La 0.005～0.007％和Zr 0.03～0.04％中的至少一种。
4.权利要求1～3任意一项所述高强度导电铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜合金原料依次进行熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火和热挤压，得到热挤压态合金；
(3)将所述步骤(2)得到的热挤压态合金进行固溶处理，得到固溶态合金；
(4)将所述步骤(3)得到的固溶态合金进行时效处理，得到时效态合金；
(5)将所述步骤(4)得到的时效态合金依次进行冷拉拔和退火，得到高强度导电铜合金材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中均匀化退火的温度为800～900℃，均匀化退火的保温时间为8～16h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热挤压的温度为850～950℃，热挤压的挤压比为9～30。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中固溶处理的温度为800～950℃，固溶处理的保温时间为1～12h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中时效处理的温度为300～500℃，时效处理的保温时间为1～40h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷拉拔的加工率为80～99.9％。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中退火的温度为200～300℃，退火的保温时间为1～8h。
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