專利名稱：一種銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料工程領(lǐng)域，特別涉及一種適合于對(duì)導(dǎo)電性和強(qiáng)度均有很高要求的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的銅合金。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金是一類有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)功能材料，廣泛應(yīng)用于電力、電子、電氣、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)，用作電氣工程開關(guān)觸橋、連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)襯、集成電路引線框架、大功率異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、電氣化鐵路接觸導(dǎo)線(電車線)、熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)偏濾器垂直靶散熱片、高脈沖磁場(chǎng)導(dǎo)體材料等。高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性是一對(duì)矛盾的兩個(gè)方面，目前主要是通過合金化法和復(fù)合材料法來解決高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之間的矛盾。通過固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和形變強(qiáng)化等手段來強(qiáng)化銅基體，技術(shù)較成熟，工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，適宜規(guī)模化生產(chǎn)，但所得材料強(qiáng)度一般低于550MPa，電導(dǎo)率一般不超過80％IACS，難以滿足新一代電器件對(duì)性能的要求。復(fù)合材料法制備的銅合金抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000MPa以上，但其工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，需深入研究。
合金化法是通過在銅基體中添加一定的合金元素，以形成固溶體或過飽和固溶體，使銅基體發(fā)生晶格畸變或時(shí)效析出強(qiáng)化相，獲得高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性能兼?zhèn)涞你~合金。合金化的方法可以在一定程度上解決高強(qiáng)度與高導(dǎo)電這一矛盾，但合金電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率一般隨合金元素的加入而降低，所以合金元素的選擇及熔鑄工藝是合金化的關(guān)鍵。在加入沉淀強(qiáng)化作用元素時(shí)，最好使合金元素之間形成不含銅元素的強(qiáng)化相，而且這種強(qiáng)化相在基體中的固溶度隨溫度的降低而急劇減小。常用的強(qiáng)化合金元素有Sn、Co、Ag、Cr、Zr、W、Nb、Mo、Ta、Fe、Re等。這些元素加入量均較低，大都在1％左右，其中Ag、Co、Mg等是借助固溶強(qiáng)化和冷作硬化產(chǎn)生作用，其他元素幾乎都是利用時(shí)效強(qiáng)化來強(qiáng)化基體的。合金化元素在合金中的含量不高，合金原子對(duì)銅基體電導(dǎo)率的影響較小。合金化法制得的銅材強(qiáng)度σb在350～650MPa之間，用合金化方法制得的銅材料的電導(dǎo)率可以高達(dá)60-90％IACS之間，但要使二者都較大則比較困難。
人工復(fù)合材料制備法和自生復(fù)合材料法是另一類重要的強(qiáng)化方法。人工復(fù)合材料是通過人工加入第二相的顆粒、晶須、纖維強(qiáng)化銅基體或依靠強(qiáng)化相本身強(qiáng)度來增加銅材料強(qiáng)度(粉末冶金和塑性變形法)。自生復(fù)合材料法是往銅中加入合金元素，通過工藝手段，在銅合金內(nèi)部原位生成增強(qiáng)相，與基體銅一起構(gòu)成復(fù)合材料，而在加工前就存在增強(qiáng)體與基體銅兩種材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的銅合金。
銅合金，以銅為基體，向其中加入銀、鉻、混合稀土元素合金元素。合金元素按總重量的百分比分別為銀0.05％-0.15％、鉻0.20％-0.40％、混合稀土元素Re 0-0.09％。其中Re為混合稀土元素，混合稀土元素Re為鈰，釔，鑭，釤元素。稀土元素可以以單元素的形式加入，也可以兩兩、三三或四四組合的方式加入。兩兩組合時(shí)兩個(gè)稀土元素所占重量比例為1∶1-1∶1.5；三三組合或四四組合時(shí)，所占重量比例為1∶1∶1-1∶1∶1.5或1∶1∶1∶1-1∶1.5∶1∶1.5。該合金熔配所采用的合金元素為銀或鉻的純金屬，以及銀或銅鉻的中間合金。其中純金屬為粉料，中間合金為塊材；將以上元素進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1100℃-1350℃范圍；熔煉的氣氛有大氣、惰性氣體保護(hù)或真空保護(hù)。合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為50-90％，800-900℃)和固溶處理后塑性變形加工。加工手段包括軋制、擠壓、拉拔等，加工率為45-90％。固溶處理溫度為(900-1000℃)，時(shí)效處理溫度為450-500℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度達(dá)到550-610MPa，延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率在80％IACS以上。
本發(fā)明的最佳范圍是，以銅為基體，向其中加入合金元素，合金元素按總重量的百分比分別為銀0.06％-0.14％、鉻0.21％-0.40％、混合稀土元素Re 0.01％-0.08％。
以銅為基體，向其中加入合金元素，合金元素按總重量的百分比分別為銀0.08％-0.12％、鉻0.25％-0.32％、混合稀土元素Re 0.03-0.06％。
采用上述配方，通過成分設(shè)計(jì)、熔煉和加工技術(shù)獲得高強(qiáng)度(550-610MPa)、高導(dǎo)電(＞80IACS)的銅合金，可用于電力、電子、電氣等領(lǐng)域。該合金適合于對(duì)導(dǎo)電性和強(qiáng)度均有很高要求的場(chǎng)合。為電力、電子、電氣等工業(yè)領(lǐng)域提供了新材料，對(duì)電力、電子、電氣器材和器件的高性能化起帶動(dòng)作用，將可產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例一以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.1％的銀、0.28％的鉻、0.05％的鈰，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1290℃±70℃范圍，熔煉的氣氛為惰性氣體保護(hù)。抽真空后，通入惰性氣體，使其壓力在0.4個(gè)大氣壓。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為70％，800-900℃)和固溶處理(950±50℃，100min)后塑性變形50-60％。
時(shí)效處理溫度為480℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到550-560MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為85％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例二以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.14％的銀、0.32％的鉻、0.07％的鑭，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1270℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為大氣。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，800-900℃)和固溶處理(950±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為450℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到590-610MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為81％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例三以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.07％的銀、0.25％的鉻、0.03％的鈰、0.02％的鑭，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1275℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為真空，真空度為10-4Pa。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，800-900℃)和固溶處理(950±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為470℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到590-610MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為85％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例四以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.07％的銀、0.25％的鉻、0.02％的釤，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1260℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為惰性氣體保護(hù)。抽真空后，通入惰性氣體，使其壓力在0.4個(gè)大氣壓合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，800-880℃)和固溶處理(930±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為450℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度達(dá)到590-605MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為83％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例五以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.12％的銀、0.32％的鉻、0.04％的釔，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1265℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為惰性氣體保護(hù)，抽真空后，通入惰性氣體，使其壓力在0.4個(gè)大氣壓。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，810-880℃)和固溶處理(930±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為480℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到590-605MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為85％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例六以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.07％的銀、0.25％的鉻、0.01％的鈰、0.01％的鑭、0.015％的釔，進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1275℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為惰性氣體保護(hù)。抽真空后，通入惰性氣體，使其壓力在0.4個(gè)大氣壓。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，800-900℃)和固溶處理(950±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為470℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到590-610MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為85％IACS。
本發(fā)明實(shí)施例七以銅為基體，向銅中加入的成分按總重量的百分比為0.07％的銀、0.25％的鉻、0.012％的釔、0.012％的釤、0.02％的鈰、0.02％的鑭進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度在1275℃±50℃范圍，熔煉的氣氛為惰性氣體保護(hù)。抽真空后，通入惰性氣體，使其壓力在0.4個(gè)大氣壓。
合金經(jīng)熱鍛(斷面變化率為75％，800-900℃)和固溶處理(950±50℃，100min)后塑性變形55-65％。
時(shí)效處理溫度為490℃。經(jīng)過上述處理，該合金的強(qiáng)度可以達(dá)到590-610MPa。延伸率不小于5％，同時(shí)電導(dǎo)率為85％IACS。
權(quán)利要求
1.一種銅合金，其特征在于，以銅為基體，向其中同時(shí)加入銀、鉻、混合稀土元素合金元素，合金元素按總重量的百分比分別為銀0.05％-0.15％、鉻0.20％-0.40％、混合稀土元素Re 0-0.09％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于，以銅為基體，向其中加入合金元素，合金元素按總重量的百分比分別為銀0.06％-0.14％、鉻0.21％-0.37％、混合稀土元素Re 0.01-0.08％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于，以銅為基體，向其中加入合金元素，合金元素按總重量的百分比分別為銀0.08％-0.12％、鉻0.25％-0.32％、混合稀土元素Re 0.03-0.06％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于，所述的銀或鉻為純金屬或銀或銅鉻的中間合金，其中純金屬為粉料；中間合金為塊材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于，所述的混合稀土元素Re為鈰，釔，鑭，釤元素，稀土元素可以以單元素的形式加入，也可以兩兩、三三或四四組合的方式加入，兩兩組合時(shí)兩個(gè)稀土元素所占重量比例為1∶1-1∶1.5；三三組合或四四組合時(shí)，所占重量比例為1∶1∶1-1∶1∶1.5或1∶1∶1∶1-1∶1.5∶1∶1.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬材料工程領(lǐng)域，特別涉及一種適合于對(duì)導(dǎo)電性和強(qiáng)度均有很高要求的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的銅合金。以銅為基體，向其中加入銀、鉻、混合稀土元素合金元素。合金元素按總重量的百分比分別為銀0.05％－0.15％、鉻 0.20％－0.40％、混合稀土元素Re 0－0.09％。其中Re為混合稀土元素，混合稀十元素Re為鈰，釔，鑭，釤元素。稀土元素可以以單元素的形式加入，也可以兩兩、三三或四四組合的方式加入。通過熔煉和加工獲得高強(qiáng)度、高導(dǎo)電的銅合金，可用于電力、電子、電氣等領(lǐng)域。本發(fā)明適合于對(duì)導(dǎo)電性和強(qiáng)度均有很高要求的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)C22C9/00GK1560294SQ20041002588
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者鄭茂盛, 周根樹, 王慶娟, 徐長(zhǎng)征, 婁花芬, 劉平 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)