CN1293212C

CN1293212C - 一种铜合金

Info

Publication number: CN1293212C
Application number: CNB2004100258861A
Authority: CN
Inventors: 郑茂盛; 周根树; 王庆娟; 徐长征; 娄花芬; 刘平
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2007-01-03
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: CN1560294A

Abstract

本发明涉及金属材料工程领域，特别涉及一种适合于对导电性和强度均有很高要求的高强度、高导电的铜合金。以铜为基体，向其中加入银、铬、混合稀土元素合金元素。合金元素按总重量的百分比分别为：银0.05%-0.15%、铬0.20%-0.40%、混合稀土元素Re0-0.09%。其中Re为混合稀土元素，混合稀土元素Re为铈，钇，镧，钐元素。稀土元素可以以单元素的形式加入，也可以两两、三三或四四组合的方式加入。通过熔炼和加工获得高强度、高导电的铜合金，可用于电力、电子、电气等领域。本发明适合于对导电性和强度均有很高要求的场合。

Description

一种铜合金

技术领域

本发明涉及金属材料工程领域，特别涉及一种适合于对导电性和强度均有很高要求的高强度、高导电的铜合金。

技术背景

高强度高导电铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，广泛应用于电力、电子、电气、机械等工业行业，用作电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线(电车线)、热核实验反应堆(ITER)偏滤器垂直靶散热片、高脉冲磁场导体材料等。高强度和高导电性是一对矛盾的两个方面，目前主要是通过合金化法和复合材料法来解决高强度和高导电性之间的矛盾。通过固溶强化、沉淀强化、细晶强化和形变强化等手段来强化铜基体，技术较成熟，工艺较简单，成本较低，适宜规模化生产，但所得材料强度一般低于550MPa，电导率一般不超过80％IACS，难以满足新一代电器件对性能的要求。复合材料法制备的铜合金抗拉强度可达2000MPa以上，但其工艺较复杂，生产成本较高，不利于工业化生产，需深入研究。

合金化法是通过在铜基体中添加一定的合金元素，以形成固溶体或过饱和固溶体，使铜基体发生晶格畸变或时效析出强化相，获得高强度和高导电性能兼备的铜合金。合金化的方法可以在一定程度上解决高强度与高导电这一矛盾，但合金电导率和热导率一般随合金元素的加入而降低，所以合金元素的选择及熔铸工艺是合金化的关键。在加入沉淀强化作用元素时，最好使合金元素之间形成不含铜元素的强化相，而且这种强化相在基体中的固溶度随温度的降低而急剧减小。常用的强化合金元素有：Sn、Co、Ag、Cr、Zr、W、Nb、Mo、Ta、Fe、Re等。这些元素加入量均较低，大都在1％左右，其中Ag、Co、Mg等是借助固溶强化和冷作硬化产生作用，其他元素几乎都是利用时效强化来强化基体的。合金化元素在合金中的含量不高，合金原子对铜基体电导率的影响较小。合金化法制得的铜材强度σ_b在350～650MPa之间，用合金化方法制得的铜材料的电导率可以高达60-90％IACS之间，但要使二者都较大则比较困难。

人工复合材料制备法和自生复合材料法是另一类重要的强化方法。人工复合材料是通过人工加入第二相的颗粒、晶须、纤维强化铜基体或依靠强化相本身强度来增加铜材料强度(粉末冶金和塑性变形法)。自生复合材料法是往铜中加入合金元素，通过工艺手段，在铜合金内部原位生成增强相，与基体铜一起构成复合材料，而在加工前就存在增强体与基体铜两种材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺较简单，成本较低，高强度、高导电的铜合金。

铜合金，以铜为基体，向其中加入银、铬、混合稀土元素合金元素。合金元素按总重量的百分比分别为：银0.05％-0.15％、铬0.20％-0.40％、混合稀土元素Re 0.01-0.09％，其中Re为混合稀土元素，混合稀土元素Re为铈，钇，镧，钐元素。稀土元素可以以是单元素的形式加入，也可以两两、三三或四四组合的方式加入，两两组合时两个稀土元素所占重量比例为1∶1-1∶1.5；三三组合或四四组合时，所占重量比例为1∶1∶1-1∶1∶1.5或1∶1∶1∶1-1∶1.5∶1∶1.5。该合金熔配所采用的合金元素为银或铬的纯金属，以及银或铜铬的中间合金。其中纯金属为粉料，中间合金为块材；将以上元素进行熔炼，其熔炼温度在1100℃-1350℃范围；熔炼的气氛有大气、惰性气体保护或真空保护。合金经热锻(断面变化率为50-90％，800-900℃)和固溶处理后塑性变形加工。加工手段包括轧制、挤压、拉拔等，加工率为45-90％。固溶处理温度为(900-1000℃)，时效处理温度为450-500℃。经过上述处理，该合金的强度达到550-610MPa，延伸率不小于5％，同时电导率在80％IACS以上。

本发明的最佳范围是，以铜为基体，向其中加入合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.06％-0.14％、铬0.21％-0.40％、混合稀土元素Re 0.01％-0.08％。

以铜为基体，向其中加入合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.06％-0.14％、铬0.21％-0.37％、混合稀土元素Re 0.01-0.08％。

以铜为基体，向其中加入合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.08％-0.12％、铬0.25％-0.32％、混合稀土元素Re 0.03-0.06％。

采用上述配方，通过成分设计、熔炼和加工技术获得高强度(550-610MPa)、高导电(＞80IACS)的铜合金，可用于电力、电子、电气等领域。该合金适合于对导电性和强度均有很高要求的场合。为电力、电子、电气等工业领域提供了新材料，对电力、电子、电气器材和器件的高性能化起带动作用，将可产生很大的经济效益。

具体实施例

下面结合实施例对本发明的内容作进一步详细说明：

本发明实施例一：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.1％的银、0.28％的铬、0.05％的铈，进行熔炼，其熔炼温度在1290℃±70℃范围，熔炼的气氛为惰性气体保护，抽真空后，通入惰性气体，使其压力在在0.4个大气压。

合金经热锻(断面变化率为70％，800-900℃)和固溶处理(950±50℃，100min)后塑性变形50-60％。

时效处理温度为480℃。经过上述处理，该合金的强度可以达到550-560MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为85％IACS。

本发明实施例二：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.14％的银、0.32％的铬、0.07％的镧，进行熔炼，其熔炼温度在1270℃±50℃范围，熔炼的气氛大气。

合金经热锻(断面变化率为75％，800-900℃)和固溶处理(950±50℃，100min)后塑性变形55-65％。

时效处理温度为450℃。经过上述处理，该合金的强度可以达到590-610MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为81％IACS。

本发明实施例三：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.07％的银、0.25％的铬、0.03％的铈、0.02％的镧，进行熔炼，其熔炼温度在1275℃±50℃范围，熔炼的气氛为真空，真空度为10-4Pa。

时效处理温度为470℃。经过上述处理，该合金的强度可以达到590-610MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为85％IACS。

本发明实施例四：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.07％的银、0.25％的铬、0.02％的钐，进行熔炼，其熔炼温度在1260℃±50℃范围，熔炼的气氛为惰性气体保护。抽真空后，通入惰性气体，使其压力在0.4个大气压。

合金经热锻(断面变化率为75％，800-880℃)和固溶处理(930±50℃，100min)后塑性变形55-65％。

时效处理温度为450℃。经过上述处理，该合金的强度达到590-605MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为83％IACS。

本发明实施例五：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.12％的银、0.32％的铬、0.04％的钇，进行熔炼，其熔炼温度在1265℃±50℃范围，熔炼的气氛为惰性气体保护，抽真空后，通入惰性气体，使其压力在0.4个大气压。

合金经热锻(断面变化率为75％，810-880℃)和固溶处理(930±50℃，100min)后塑性变形55-65％。

时效处理温度为480℃。经过上述处理，该合金的强度可以达到590-605MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为85％IACS。

本发明实施例六：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.07％的银、0.25％的铬、0.01％的铈、0.01％的镧、0.015％的钇，进行熔炼，其熔炼温度在1275℃±50℃范围，熔炼的气氛为惰性气体保护。抽真空后，通入惰性气体，使其压力在0.4个大气压。

本发明实施例七：

以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.07％的银、0.25％的铬、0.012％的钇、0.012％的钐、0.02％的铈、0.02％的镧进行熔炼，其熔炼温度在1275℃±50℃范围，熔炼的气氛为惰性气体保护，抽真空后，通入惰性气体，使其压力在0.4个大气压。

时效处理温度为490℃。经过上述处理，该合金的强度可以达到590-610MPa。延伸率不小于5％，同时电导率为85％IACS。

Claims

1、一种铜合金，其特征在于，以铜为基体，向其中同时加入银、铬、混合稀土元素合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.05％-0.15％、铬0.20％-0.40％、混合稀土元素Re0.01-0.09％，所述的混合稀土元素Re选自铈，钇，镧或钐；

将以上元素进行熔炼，其熔炼温度在1100℃-1350℃范围；熔炼的气氛有大气、惰性气体保护或真空保护；

合金经800-900℃热锻，断面变化率为50-90％，和900-1000℃固溶处理后塑性变形55-65％；

时效处理温度为450-500℃，经过上述处理，该合金的强度达到550-610MPa，延伸率不小于5％，同时电导率在80％IACS以上。

2、根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，以铜为基体，向其中加入合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.06％-0.14％、铬0.21％-0.37％、混合稀土元素Re0.01-0.08％。

3、根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，以铜为基体，向其中加入合金元素，合金元素按总重量的百分比分别为：银0.08％-0.12％、铬0.25％-0.32％、混合稀土元素Re0.03-0.06％。

4、根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所述的混合稀土元素Re是以单元素的形式加入，或两两、三三或四四组合的方式加入，两两组合时两个稀土元素所占重量比例为1∶1-1∶1.5；三三组合或四四组合时，所占重量比例为1∶1∶1-1∶1∶1.5或1∶1∶1∶1-1∶1.5∶1∶1.5。