CN100558921C - 铜合金的复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜合金以及由此合金组成的复合材料，该铜合金用于模具材料、散热材料和高强度和运用于高导电的焊接装置的电极材料，它含有5～25重量%的Cr，其余为铜；在铜合金中添加0.01～0.3重量%的Nb或0.01～0.3重量%Si或0.03～0.3重量%Mg，能够改善此铜合金的其它功能；所述的复合材料由含有5.0～25.0重量%的Cr的铜合金构成的芯部与包覆在所述的芯部外周的外周层组成的复合材料，该外周层的材质为无氧铜或含有0.6～1.2重量%Cr的铜合金组成；芯部的体积占整个复合材料体积的1/10～1/3，该复合材料可以节省10%的电流，提高焊接点数或焊接时间，总体可提高15%的效率。

Description

铜合金的复合材料

技术领域

本发明涉及一种铜合金以及由此合金组成的复合材料，该铜合金和复合材料用于模具材料、散热材料、焊接装置上的电极材料。

背景技术

在铜中添加少量Cr，通过加工热处理后的Cr-Cu合金体现出高强度、高导电率及良好的耐磨性，因此被用于模具材料、散热材料和运用于高强度、高导电的焊接装置的电极材料。

但是当合金中含Cr量不同时，整个合金的导电率和高温强度均不同，目前关于此内容还没有相关研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高导电率、高切削性的铜合金。

本发明的另一目的是提供一种由上述合金组成的复合材料。

为了达到以上目的，本发明采用的方案是：一种铜合金，用于模具材料、散热材料和高强度和运用于高导电的焊接装置的电极材料，该铜合金含有5～25重量％的Cr，其余为铜。

所述的铜合金还含有0.01～1.0重量％的Nb。

所述的铜合金还含有0.01～0.3重量％的Si。

所述的铜合金还含有0.005～0.3重量％的Mg。

所述的铜合金还含有0.005～0.3重量％的Zr。

本发明的另一技术方案为：一种铜合金的复合材料，由含有5.0～25.0重量％的Cr的铜合金构成的芯部与包覆在所述的芯部外周的外周层组成；所述的外周层的材质为无氧铜或与含有0.6～1.2重量％Cr的铜合金；所述的芯部的体积占整个复合材料体积的1/10～1/3。

由于采用了以上的技术方案，本发明取得了如下优点：

本铜合金材料在高温下，能保持很高的高温强度及导电率，如图9所示，比起氧化铝弥散铜(将0.3-1.2重量％的非金属-氧化铝弥散混合于铜中)，该铜合金材料有着极为显著钻孔及切削性。Cr以极细的纤维组织分布在5-25％Cr-Cu  (表示为含有5～25重量％的Cr和余量为铜所组成的铜合金)中，Cr的硬度为HV140，能够有着很好的切削性。

铜合金中添加0.01～0.3重量％的Nb，以初晶Cr析出为核心，用于弥散及其细化Cr的析出。

添加0.01～0.3重量％Si可用于防止Cr氧化的还原剂，2Cr2O3+3Si→3SiO2+4Cr，通过加工热处理，获得高导电率、高强度及良好的耐磨性，可用于模具材料、加热元件或用于高强度、高导电的焊接机器的合金材料。

添加0.03～0.3重量％Mg，既能起到防止Cr氧化的作用，又能显著的提高合金的车削性。

添加Zr，使母相0.89％Cr-Cu(表示为含有0.89重量％的Cr和余量为铜所组成的铜合金)的强度提高，提高母相的抗拉强度、及耐高温性。

另外，本发明的铜合金材料通过加工热处理可以得到以下特性：

例：将含有16重量％的Cr的铜合金进行如下的两种热处理，其过程特性如图8所示，如下为两种热处理后最终的参数：

400℃*1小时热处理时，参数如下：

抗拉强度：560MPa

延伸：    15％

导电率：  75％IACS

800℃*1小时热处理时，参数如下：

抗拉强度：500MPa

延伸：    25％

导电率：  74％IACS

上述的数据充分说明此铜合金材料，在高温下，强度降低地很少。

本合金材料可利用在铜合金模具材料、散热材料(特别是15％Cr-Cu拥有高导热性及低膨胀系数)

本发明的铜合金材料利用在模具材料上，因有较高的热传导性，加快了冷却凝固时间，缩短了成型时间周期。

本发明铜合金材料用于各种焊接装置，例：焊枪的导电杆、导电嘴。因有显著的高导电率、高温强度，在高温下，能保持很高的焊接精度，从而提高了焊接的效率，同时也能达到设备装置的轻量化。

因此可以运用于机械加工要求比较复杂的各种焊接装置的铜合金电极材料。

另外，由含有5.0～25.0重量％的Cr的铜合金构成的芯部与包覆在所述的芯部外周的无氧铜或含有0.6～1.2重量％的铜合金组成的复合材料可用于焊接装置的铜合金电极，例：电极帽、导电嘴，其可以节省10％的电流，提高焊接点数或焊接时间，总体可提高15％的效率。

附图说明

附图1为本发明的Cr-Cu状态图(偏晶反应)；

附图2为本发明的Cr-Cu宏观组织图(放大125倍)；

附图3为初晶纯Cr相组织扩大组织照片；

附图4为初晶纯Cr相的又一扩大组织照片；

附图5为含有10重量％的Cr的铜合金在进行热加工处理后的纯Cr分散组织图(放大80倍)；

附图6为含有10重量％的Cr的铜合金在进行热加工处理后的复合组织图；

附图7为含有10重量％的Cr的铜合金在进行冷加工处理后的复合组织图；

附图8为含有16重量％的Cr的铜合金加工处理后的机械特性图[横向为时效温度(℃)、左侧纵向为维氏硬度、右侧纵向为导电率(单位％IACS)]；

附图9为含有0.8重量％的氧化铝的弥散铜、含有14重量％的Cr的铜合金以及含有1重量％的Cr的铜合金的机械特性的比较图[横向为加热温度(单位℃)、左侧纵向为抗拉强度(单位MPa)、右侧纵向为导电率(单位％IACS)]

附图10为导电率与热传导率的关系示意图{横向为导电率[％IACS]、纵向为热传导率[TC(W/m.K)]}；

具体实施方式

本铜合金材料是在Cu中，添加5-25重量％的Cr，根据含Cr量的不同，来降低导电率，提高高温强度，根据模具材料、散热材料以及焊接材料用的电极材料的用途来调整Cr的含量。

由含有5-25重量％的Cr和余量为Cu组成的铜合金，其铸造组织有着此合金特有的偏晶反应初相，即纯Cr相及母相0.89重量％的Cr-Cu相结合，如图1所示。

具体加工工艺如下：

溶解铸造→900℃热挤压→900℃固溶体化热处理→冷拉伸→550℃时效处理，其加工工艺较为简单。

在Cr-Cu二元铜合金基体中，Cr的溶解度约为0.89％。属于是和Nb-Cu系、V-Cu系Pb-Cu合金相同的偏晶(monotectic)反应合金；此合金，在铁模铸造后，析出弥散形的初相溶质元素，参照图1所示的液相图，图2～4所示的铸造组织图。

Cr在Cu中的溶解度约为0.89％，余留未固溶的Cr以初晶状态弥散在铜合金中，例：10％Cr-Cu(表示为含有10重量％的Cr和余量为铜所组成的铜合金)合金铸锭通过加工及热处理，产生9.11％的纯Cr相，及0.89％的Cr固溶铜合金相，二相的纤维态(复合合金)，参照附图5～7所示。

此2相铜合金是以Cr：5～25重量％、余量为Cu以及一些不可避免的杂质元素而形成，Cr又分4.11-24.11重量％的纯Cr相和约0.89重量％的Cr-Cu相。

纯Cr的熔融温度为1863度，常温硬度为HV140，再结晶软化温度约900度，常温导电率为13％IACS。0.89％Cr-Cu(表示为含有0.89重量％的Cr和余量为铜所组成的铜合金)在常温下的硬度为HV140，再结晶软化温度约为400度，常温导电率为85％IACS。以上由纯Cr和0.89％Cr-Cu这2种复合成的材料的导电率为75％，例：15％Cr-Cu(表示为含有15重量％的Cr和余量为铜所组成的铜合金)经过加工热处理的2相合金，常温硬度HV140，再结晶软化温度约900度，几乎与设想的相同，例：25％Cr-Cu时，导电率估计为85％×0.74＝63％IACS，如图10所示。

铜合金中添加0.01～0.3重量％的Nb，以初晶Cr析出为核心，用于弥散及其细化Cr的析出，但超出0.3重量％时，会影响导电率。

在上述的由含有5-25重量％的Cr和余量为Cu组成的铜合金中添加0.01～0.3重量％Si用于防止Cr氧化的还原剂，在此铜合金中添加0.03～0.3重量％Mg，既能起到防止Cr氧化的作用，又能显著的提高合金的车削性。

另外，添加0.005～0.3重量％的Zr，使母相0.89％Cr-Cu的强度提高，提高母相的抗拉强度、及耐高温性。

例如，一种铜合金，其中含有16重量％的Cr，余量为Cu。

该铜合金在经过900℃时效处理后抗拉强度为：480MPa，导电率可达到73％IACS，其机械特性如图8所示。

另外，由含有5～25重量％的Cr的铜合金材料为芯部和包覆在所述的芯部外周的外周层组成；该外周层的材质为具有高导电性的无氧铜或与含有0.6～1.2重量％Cr的铜合金；所述的芯部的体积占整个复合材料体积的1/10～1/3。

该复合材料相比于完全含有5～25％Cr的铜合金材料而言，成本低。此复合材料可用于焊接装置的电极，例：电极帽、导电嘴。可以节省10％的电流，提高焊接点数或焊接时间，总体可为焊接装置提高15％的效率。

Claims (1)

1、一种铜合金的复合材料，其特征在于：由芯部与包覆在所述的芯部外周的外周层组成；所述的芯部的材质为含有5.0～25.0重量％的Cr、其余组分为Cu的铜合金，所述的外周层的材质为无氧铜或含有0.6～1.2重量％Cr、其余组分为Cu的铜合金；所述的芯部的体积占整个复合材料体积的1/10～1/3。

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