CN100496970C - 铜基合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种铜基合金复合材料，其化学成分重量百分比为：Co：0.36～2.2%，Ce：0.03～0.33%，Be：1.17～1.88%，余量为Cu。其铜基合金复合材料的制备方法是由真空熔炼制得Cu合金。将BeCu合金带材，Cu合金带材真空进行退火，然后将片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，用纯Cu将叠层完全包覆，将包覆的叠层在木炭保护下，进行退火，然后进行热轧和冷轧，制得复合成片材。得到最佳性能的复合材料，其显微硬度HV达200～226；抗拉强度达872～903MPa；屈服强度达722～754MPa；电阻率达7.69μΩ·cm。

Description

铜基合金复合材料及其制备方法
技术领域  本发明涉及金属基复合材料科学领域，特别是涉及一种高弹性、高强度、导电率高的铜基复合材料及其制备方法。
背景技术  随着航天、航空、船舶等工业的迅猛发展，对继电器的各项技术指标和环境适应能力提出了更高的要求。从国内继电器的发展趋势来看，小型化、高负载、高环境适应能力是今后的发展方向，如某型号用1/5晶体罩继电器(15.5mm×8.2mm×8.2mm)要求触点负载DC28V、10A，且在环境温度为-65～+125℃条件下正常工作。现有电磁继电器簧片弹性材料—银镁镍合金已经很难满足使用要求，特别是银镁镍合金在超过200℃条件下使用时的性能稳定性直接影响型号的可靠性。
国内电磁继电器在型号工程上已经广泛使用，随着国内材料性能和工艺水平的提高，电磁继电器的指标有了明显提高，但是，与国外同类产品相比还有较大差距，主要体现为负载能力和力学性能指标偏低。现用弹性材料铍青铜带的导电性能、强度以及高温稳定性制约着产品性能的进一步提高。
国外在继电器接触簧片的材料研究方面已经有所突破，80年代后期，前苏联、美国开始大量使用Cu-Ni-Al、Cu-Ni-Si等新型弹性铜合金。合金的上限工作温度可达200℃，在淬火状态下合金具有可塑性，时效处理后有较高的弹性和硬度，综合性能优于铍青铜或银镁镍合金，但其机械强度较差、电阻率相对较高。
多元合金材料存在较难克服的各种缺点，复合材料通过多年的迅速发展，越来越被材料科学工作者重视。因此研制一种高强度、高导电性能、高弹性、耐高温的复合弹性材料有利于提高型号用继电器的可靠性，促进型号小型化、现代化。同时新材料的研制成功，不仅可以为新型号的研制提供技术支持，也可以为现行的继电器结构改造提供技术支持。
发明内容  本发明能够提高电磁继电器的负载能力和力学性能指标，提高其导电性能、强度以及高温稳定性。为此，采用以下技术方案：
将Cu合金与BeCu合金进行叠层，制得复合材料。其中，Cu合金中Co：6～10％，Ce：0.5～1.5％，余量为Cu(重量百分比)；BeCu合金中Be：1.5～2％，余量为Cu(重量百分比)。根据Cu合金与BeCu合金不同的层数，来调节Cu合金与BeCu合金的成份比，最终复合材料的重量百分比为Co：0.36～2.2％，Ce：0.03～0.33％，Be：1.17～1.88％，余量为Cu，其结构为Cu与BeCu合金相互叠合的层状。
具体的工艺流程及工艺参数如下：
1、真空熔炼制得Cu合金，浇铸成锭，并轧制成带材，将BeCu合金带材，Cu合金带材裁成长度和宽度分别相等的片材。
2、用真空炉在600℃～800℃温度下对Cu合金片材进行退火1～5小时，然后真空冷却至室温。
3、将BeCu合金片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，叠层的厚度为10mm～30mm。
4、用纯Cu将叠层完全包覆，将包覆的叠层在木炭保护下，在600℃～900℃下进行退火1～6小时，然后进行热轧和冷轧制得复合片材。
本发明的技术方案中，决定复合材料界面层成份和厚度的工艺过程是本研究的关键。热轧制过程和轧制型材的热处理，决定了复合锭坯金属间发生界面扩散反应的速度和最终界面层厚度。因此控制热轧制及热处理工艺条件是本研究的关键。本发明研究了铜合金基体成分和复合成分、CuBe1.9/Cu合金复合材料界面微观结构(相组成、界面层厚度等)对复合材料电学性能、力学性能等的影响、CuBe1.9/Cu合金复合材料锭坯的热轧制工艺研究、CuBe1.9/Cu合金复合材料型材的制备和热处理工艺研究、研究了CuBe1.9/Cu合金复合材料的成分和工艺参数对复合材料微观组织结构以及性能的影响规律。
在上述研究的基础上，筛选出最佳的合金配方和工艺条件参数，获得了较好的性能指标。各项性能指标达到了最佳状态。实施例1的显微硬度HV达190～212；抗拉强度达803～864MPa；屈服强度达652～691MPa；电阻率达7.16μΩ·cm。实施例2的显微硬度HV达362～386；抗拉强度达1142～1224MPa；屈服强度达913～1077MPa；电阻率达7.37μΩ·cm。显实施例3的微硬度HV达200～226；抗拉强度达872～903MPa；屈服强度达722～754MPa；电阻率达7.69μΩ·cm。
具体实施方式
实施例1 外购0.29mm厚的BeCu合金带材。Cu合金由真空熔炼制得，浇铸成锭，并轧制成0.1mm厚的带材。将BeCu合金，Cu合金带材裁成长度和宽度分别相等的片材。用真空炉在600℃～800℃温度下对Cu合金片材进行退火1～2小时，然后真空冷却至室温。将BeCu合金片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，叠层的厚度为10mm～30mm。用0.5mm～1mm厚的纯Cu将叠层完全包覆。将包覆的叠层(木炭保护)在600℃～800℃下进行退火1～3小时，然后进行热轧制复合。轧至1～3mm后，淬火，道次变形量为10～20％。冷轧，道次变形量为10～18％，最终轧制成0.4mm厚的片材。最终复合材料的重量百分比为Co：0.36～0.8％，Ce：0.03～0.12％，Be：1.38～1.88％，余量为Cu。得到复合材料的最佳性能：显微硬度HV达190～212；抗拉强度达803～864MPa；屈服强度达652～691MPa；电阻率达7.16μΩ·cm。
实施例2 外购0.29mm厚的BeCu合金带材。Cu合金由真空熔炼制得，浇铸成锭，并轧制成0.1mm厚的带材。将BeCu合金，Cu合金带材裁成长度和宽度分别相等的片材。用真空炉在650℃～750℃温度下对Cu合金片材进行退火1～2小时，然后真空冷却至室温。将BeCu合金片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，叠层的厚度为13mm～16mm。用0.5mm～1mm厚的纯Cu将叠层完全包覆。将包覆的叠层(木炭保护)在600℃～900℃下进行退火1～3小时，然后进行热轧制复合。轧至1～3mm后，淬火，道次变形量为10～20％。冷轧，道次变形量为10～18％，最终轧制成0.4mm厚的片材。最终复合材料的重量百分比为Co：0.72～1.4％，Ce：0.06～0.21％，Be：1.29～1.76％，余量为Cu。得到复合材料的最佳性能：显微硬度HV达362～386；抗拉强度达1142～1224MPa；屈服强度达913～1077MPa；电阻率达7.37μΩ·cm。
实施例3 外购0.29mm厚的BeCu合金带材。Cu合金由真空熔炼制得，浇铸成锭，并轧制成0.1mm厚的带材。将BeCu合金，Cu合金带材裁成长度和宽度分别相等的片材。用真空炉在600℃800℃温度下对Cu合金片材进行退火1～5小时，然后真空冷却至室温。将BeCu合金片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，叠层的厚度为10mm～30mm。用0.5mm～1mm厚的纯Cu将叠层完全包覆。将包覆的叠层(木炭保护)在600℃～800℃下进行退火1～6小时，然后进行热轧制复合。轧至1～3mm后，淬火，道次变形量为10～20％。冷轧，道次变形量为10～18％，最终轧制成0.4mm厚的片材。最终复合材料的重量百分比为Co：1.2～2.2％，Ce：0.1～0.33％，Be：1.17～1.6％，余量为Cu。得到复合材料的最佳性能：显微硬度HV达200～226；抗拉强度达872～903MPa；屈服强度达722～754MPa；电阻率达7.69μΩ·cm。

Claims (3)

1.一种铜基合金复合材料，其特征在于其化学成分重量百分比为：Co：0.36～2.2％，Ce：0.03～0.33％，Be：1.17～1.88％，余量为Cu，其结构为Cu合金与BeCu合金相互叠合的层状，所述的BeCu合金中，Be的重量百分比：1.5～2％，余量为Cu，所述的Cu合金中，Co的重量百分比为：6～10％，Ce的重量百分比为：0.5～1.5％，余量为Cu。
2.一种如权利要求1中所述的铜基合金复合材料的制备方法，其特征在于由下列步骤构成：
(一)真空熔炼制得Cu合金，浇铸成锭，并轧制成带材，将BeCu合金带材，Cu合金带材裁成长度和宽度分别相等的片材；
(二)用真空炉在600℃～800℃温度下对Cu合金片材进行退火1～5小时，然后真空冷却至室温；
(三)将片材和Cu合金片材进行表面处理后，对BeCu/Cu合金进行叠层，叠层的厚度为10mm～30mm；
(四)用纯Cu将叠层完全包覆，将包覆的叠层在木炭保护下，在600℃～900℃下进行退火1～6小时，然后进行热轧和冷轧，制得复合成片材。
3.如权利要求2中所述的铜基合金复合材料的制备方法，其特征在于所述的BeCu合金中，Be的重量百分比：1.5～2％，余量为Cu，所述的Cu合金中，Co的重量百分比为：6～10％，Ce的重量百分比为：0.5～1.5％，余量为Cu。
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