專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)鈹多元銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬功能材料領(lǐng)域，該合金可應(yīng)用在電阻焊電極、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件、模具材料等要求具有高導(dǎo)電(導(dǎo)熱)高強(qiáng)度(硬度)等產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金是一類(lèi)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)用于電阻焊、電力、電子、機(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域。專(zhuān)利《高強(qiáng)度高導(dǎo)電稀土銅合金及其制造方法》、《用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金》主要介紹了 Cu-Cr系和Cu-Cr-Zr系高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金。但由于該合金系的硬度相對(duì)較低，布氏硬度最高不超過(guò)150，其強(qiáng)度和硬度的較低而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。含鈹元素的Cu- (Ni、Co) -Be系銅合金作為高導(dǎo)高強(qiáng)電阻焊電極材料，具有良好的耐磨性和高的軟化溫度，是一種較為理想的電阻焊電極材料，如專(zhuān)利《可時(shí)效硬化的銅合金》和《低鈹多元銅合金》、《能時(shí)效硬化的銅合金的應(yīng)用》報(bào)導(dǎo)了含鈹元素的高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金，因其良好的綜合性能被廣泛應(yīng)用。研制開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)高強(qiáng)電極銅合金采用微合金化法，通過(guò)多元素的復(fù)合強(qiáng)化提高合金的強(qiáng)度，以獲得一種無(wú)毒鈹元素的高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)上述材料的缺點(diǎn)，充分利用我國(guó)的豐富的稀土資源， 采用微合金化法，制備了無(wú)鈹多元銅合金，其特點(diǎn)是在合金中加入Co元素和Zr、Si、Ti、稀土元素。一方面Zr、Si、Ti的加入以替代Be元素，使制備的合金無(wú)毒；另一方面，Zr、Si、 Ti元素的加入形成多元復(fù)合強(qiáng)化的效果，提高了合金的強(qiáng)度。合金的強(qiáng)化相主要有Zr粒子、Cu3Zr、Co2Si、CoTi。技術(shù)方案無(wú)鈹多元銅合金，基于質(zhì)量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I
0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)含量 (0. 3%。無(wú)鈹多元銅合金，基于質(zhì)量百分率，含有所述Co :1. 8% ；Ti 0. 5% ；Zr :0. 1% ；RE
0.1% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。無(wú)鈹多元銅合金，基于質(zhì)量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I 0. 6%，Zr:
0.05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)
含量彡0. 3%o無(wú)鈹多元銅合金，基于質(zhì)量百分率，含有Co, 2. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ； Si，0. 4% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量彡0. 2%。上述無(wú)鈹多元銅合金，RE為Ce — La混合稀土。
3
有益效果
合金鑄態(tài)組織存在偏析，第二相幾乎是沿著粗大樹(shù)枝晶邊緣生成，且呈針狀和小塊狀; 而經(jīng)熱鍛后合金偏析得到明顯改善，為下一步熱處理作組織準(zhǔn)備，同時(shí)合金組織中有大量的未溶第二相和少量的孿晶；合金經(jīng)固溶后的組織由過(guò)飽和a固溶體和少量的第二相組成，由于淬火應(yīng)力的作用，晶粒內(nèi)產(chǎn)生了許多孿晶。合金經(jīng)固溶處理+冷加工變形+時(shí)效處理后組織由a-Cu+交錯(cuò)孿晶+時(shí)效強(qiáng)化相組成。稀土元素的加入不僅凈化銅合金的成分， 消除枝狀晶、細(xì)化晶粒，還可以提高銅及其合金的導(dǎo)電性、熱強(qiáng)性和熱加工性。合金時(shí)效強(qiáng)度取決于位錯(cuò)與脫溶相質(zhì)點(diǎn)的相互作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)遇到脫溶質(zhì)點(diǎn)時(shí)，在質(zhì)點(diǎn)周?chē)晌诲e(cuò)環(huán)或以切過(guò)質(zhì)點(diǎn)的方式通過(guò)脫溶質(zhì)點(diǎn)的阻礙，因此合金的強(qiáng)度和硬度取決于析出相及其分布和大小。合金經(jīng)時(shí)效后基析出強(qiáng)化相有Cu3Zr、C O2Si, CoTi, Zr粒子組成；Zr不僅可以細(xì)化金屬基體,而且Zr還促進(jìn)了 Co2Si、CoTi相的析出，同時(shí)，Zr 還形成了 Cu3Zr強(qiáng)化相。由于這幾種析出相的同時(shí)存在，有著疊加強(qiáng)化的效果，比單一析出相的強(qiáng)化效果要顯著，合金可獲得良好的綜合性能。本合金硬度達(dá)190 240HB，電導(dǎo)率達(dá)30 46%IACS，軟化溫度大于500°C。在電阻焊過(guò)程有著優(yōu)越的耐磨性，合金使用壽命比CuCrZr合金提高3_5倍。可廣泛應(yīng)用于電阻焊電極、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件和模具用銅合金。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金
I、原料準(zhǔn)備電解銅、純Co、純Zr、純Si、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，合金成份為-.Co, 2. 2% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，稀土，0. 1% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。2、在真空爐中制備Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE和Cu-Ti中間合金所述中間合金中Si 8%wt、Zr 4%wt、RE 5%wt、T i :10%wt ；
3、非真空熔鑄形成鑄錠將電解銅板置于坩堝底部，加入適量玻璃和硼砂(以覆蓋液態(tài)金屬表面為目的，實(shí)際玻璃加入量根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況而定，玻璃與硼砂質(zhì)量比為5:1)，升溫至電解銅熔化，根據(jù)合金成份按比例由加料斗加入中間合金，其中Si、RE和Zr燒損按 10%wt左右計(jì)，Ti燒損按15%wt左右計(jì)，加料順序?yàn)镃u-Si、Cu-RE, Cu-Zr和Cu_Ti，靜置幾分鐘后進(jìn)行澆鑄形成鑄錠；澆鑄溫度為1250°C左右。4、鑄錠的熱機(jī)械處理
熱鍛(或熱擠)一固溶處理一冷加工變形(冷鍛或冷軋)一時(shí)效處理其中熱鍛(或熱擠)溫度為750°C 920°C ;固溶溫度為950°C時(shí)間為I 3小時(shí)(根據(jù)工件大小確定保溫時(shí)間)；冷加工變形量20% 50% ;時(shí)效溫度為480°C，時(shí)間為3小時(shí)。5、合金性能合金經(jīng)熱機(jī)械處理后，硬度達(dá)220HB，導(dǎo)電率達(dá)40%IACS，軟化溫度大于500°C。合金具有良好的綜合性能，可廣泛用于模具材料等領(lǐng)域。
實(shí)施例2
一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金I、原料準(zhǔn)備電解銅、純Co、純Zr、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)， 合金成份為Co, I. 8% ；Ti,0. 5% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，
其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。2、真空熔鑄形成鑄錠將鈷片先置于坩堝底部，加入電解銅板，抽真空至IOPa以?xún)?nèi)，升溫。待電解銅熔化，根據(jù)合金成份按比例由加料斗加入純Ti、純Zr和混合稀土 RE，其中，Ti、Zr和RE按5%左右燒損計(jì)，Ti按10%左右燒損計(jì)，靜置幾分鐘后進(jìn)行真空澆鑄形成鑄錠；澆鑄溫度為1250°C左右。3、鑄錠的熱機(jī)械處理
熱鍛(或熱擠)一固溶處理一冷加工變形(冷鍛或冷軋)一時(shí)效處理其中熱鍛(或熱擠)溫度為750°C 920°C ;固溶溫度為950°C時(shí)間為I 3小時(shí)(根據(jù)工件大小確定保溫時(shí)間)；冷加工變形量20% 50% ;時(shí)效溫度為480°C，時(shí)間為3小時(shí)。4、合金性能合金經(jīng)熱機(jī)械處理后，硬度達(dá)200HB，導(dǎo)電率達(dá)44%IACS，軟化溫度大于500°C。合金具有良好的綜合性能，可用于電阻焊電極。
實(shí)施例3
一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金
I、原料準(zhǔn)備電解銅、純Co、純Zr、純Si、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，合金成份為-.Co, 2. 2% ；Si,0. 6% ；Ti,0. 2% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 2% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。2、在真空爐中制備Cu-Si、Cu-Zr, Cu-RE, Cu-Ti中間合金所述中間合金中Si 8%wt> Zr 4%wt> RE 5%wt > Ti 10%wt ；
3、非真空熔鑄形成鑄件將電解銅板置于坩堝底部，加入適量玻璃和硼砂(以覆蓋液態(tài)金屬表面為目的，實(shí)際玻璃加入量根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況而定，玻璃與硼砂質(zhì)量比為5:1)，升溫至電解銅熔化，根據(jù)合金成份按比例由加料斗加入中間合金,其中Si、RE和Zr燒損按10%wt 左右計(jì)，Ti燒損按15%wt左右計(jì)，加料順序?yàn)镃u-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu_Ti，靜置幾分鐘后澆入預(yù)先造好型的砂型中形成鑄件；澆鑄溫度為1250°C左右。4、鑄件的熱處理
固溶處理一時(shí)效處理
固溶溫度為950°C時(shí)間為I 3小時(shí)(根據(jù)工件大小確定保溫時(shí)間);時(shí)效溫度為480°C， 時(shí)間為3小時(shí)。5、合金性能鑄件經(jīng)熱處理后，硬度達(dá)195HB，導(dǎo)電率達(dá)35%IACS，軟化溫度大于 500°C。合金具有良好的綜合性能，可廣泛用于大型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。
實(shí)施例4
同實(shí)施例I的一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金，其不同之處在于所述高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金化學(xué)成份組成及質(zhì)量百分率為，Co，1.9%;Si，0. 5%；Ti,0. 3% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。
實(shí)施例5 同實(shí)施例I的一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金，其不同之處在于所述高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金化學(xué)成份組成及質(zhì)量百分率為，Co, 2. 4% ；Si,0. 1% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 2%，混合稀土，0. 2% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。
實(shí)施例6
同實(shí)施例I的一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金，其不同之處在于所述高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金化學(xué)成份組成及質(zhì)量百分率為，Co, 2. 0% ；Si,0. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，混合稀土，0. 15% ； 余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。
實(shí)施例7
同實(shí)施例3的一種無(wú)鈹多元高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金，其不同之處在于所述高導(dǎo)高強(qiáng)銅合金化學(xué)成份組成及質(zhì)量百分率為，Co, 2. 5% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 15% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量< 0. 2%。
權(quán)利要求
1.無(wú)鈹多元銅合金，其特征在于基于質(zhì)量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)含量 (0. 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)鈹多元銅合金，其特征在于基于質(zhì)量百分率，含有所述Co 1.8%；Ti 0. 5% ；Zr 0. 1% ；RE :0. 1%;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量 (0. 2%。
3.無(wú)鈹多元銅合金，其特征在于基于質(zhì)量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%, Zr :0. 05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%,余量為 Cu 和不可避免的雜質(zhì)， 其中雜質(zhì)含量< 0. 3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鈹多元銅合金，其特征在于基于質(zhì)量百分率，含有Co，2.2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ；Si,0. 4% ;余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量 (0. 2%。
5.上述任一權(quán)利要求所述的無(wú)鈹多元銅合金，其特征在于所述RE為Ce— La混合稀土。
全文摘要
無(wú)鈹多元銅合金，基于質(zhì)量百分率，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)含量≤0.3%；或，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，Si0.1～0.6%，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)含量≤0.3%。本合金硬度達(dá)190～240HB，電導(dǎo)率達(dá)30～46%IACS，軟化溫度大于500℃。在電阻焊過(guò)程有著優(yōu)越的耐磨性，合金使用壽命比CuCrZr合金提高3-5倍。可廣泛應(yīng)用于電阻焊電極、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)件和模具用銅合金。
文檔編號(hào)C22C9/06GK102534299SQ20121002485
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者吳宇寧, 戴安倫, 朱治愿 申請(qǐng)人:南京達(dá)邁科技實(shí)業(yè)有限公司, 江蘇科技大學(xué)