CN100595312C - 一种改善Cu-Ag合金硬度和电导率的固溶时效工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善Cu-Ag合金硬度和电导率的固溶时效工艺。将质量百分数为(5～7)%的金属Ag，其余为电解Cu的配料在真空感应炉中熔化，并在Ar气保护下浇注成锭，经730℃/8h+(760～780℃)/(4～8)h固溶及350～450℃/2～24h时效，可使得铸态合金维氏硬度达到110～130，相对电导率达到85%～96%IACS。本发明通过固溶时效提高了铸态Cu-(5～7)%Ag合金硬度及相对电导率，工艺过程简单，性能水平高于Cu-24%Ag，降低了原材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜基合金的热处理技术。尤其涉及一种改善Cu-Ag合金性能的固溶时效工艺。
背景技术
在有关高科技领域中使用的导体合金对强度、硬度和导电性能有极高要求，但导体合金的硬度与导电性一般呈反函数关系，即若采用特定技术提高硬度则往往以牺牲电导率为代价，或者为改善电导率则往往损失硬度。因此，非常需要采用特定技术能够同时获得良好的硬度和导电性能，以满足使用性能。目前正在研制的纤维相复合强化Cu-Ag合金显示出了优异的硬度和电导率，有希望成为高科技领域中优先选择的导体材料。
决定Cu-Ag合金性能的主要因素之一是合金中纤维复合相分布状态。复合纤维相主要依靠铸态组织的强应变原位形成，除强应变工艺外，各种热处理工艺也是影响铸态组织及纤维复合相形成过程中分布状态的重要因素。
发明专利CN1320712A公开了一种Cu-(3～20)％Ag-1.5％Cr-(0.05～0.5)％Zr(其中的“％”指质量百分数，下同)的合金，并提出了铸件和锻件的生产方法。这种合金经过快速凝固、锻造或轧制、时效等加工过程，可制成不受限制的形状。然而，采用这种方式生产的合金不具有高强度的优点，并且热处理工艺单一，无法对硬度和导电性能进行调整。
发明专利ZL02110785.8及ZL02110630.4公开了两种复相纤维强化Cu-Ag合金及其制备工艺，采用特定的熔炼、冷拉拔及中间热处理技术，使合金达到了800～1150MPa的高强度和60％～80％IACS的电导率。然而，这种材料的较高强度和导电性变化主要通过强烈的冷拉拔变形配合多次中间热处理来实现，工艺限制性强，未对原始组织形态和性能进行先期优化。
发明专利ZL0410016688.9公开了一种控制复相纤维强化铜银合金性能匹配的热处理工艺，通过均匀化处理、冷拉拔及中间热处理制备了Cu-12％Ag合金丝材，在20～600℃范围内进行最终热处理可控制材料强度在1040～220MPa范围变化，电导率在73％～93％IACS范围内变化，综合性能可达到较高Ag含量合金水平。然而，这种技术仅针对的是控制材料最终性能变化的方法，未涉及原始组织优化的热处理技术。
美国发明专利US5391242公开了具有高强高导特性的Cu-(6～24)％Ag合金板材加工技术，通过特定的冷轧及热处理获得了板状双相纤维组织，但未公布所发明的合金板材中原始组织的热处理技术。
Hong(Acta Metallurgica，1998，46：4111；Materials Science and Engineering，1999，A264：151)公布了Cu-24％Ag合金性能随最终热处理温度的关系，可以控制强度和导电性能的匹配，但此技术仅针对含Ag较多的强应变后的合金，原材料成本较高，并且需要在450℃均匀化退火较长周期。
Zhang等(Materials Letters，2004，58：3888)提出了退火温度与Cu-12％Ag合金力学和电学性能的关系，表明了纤维组织在热处理过程中的形态变化。Liu等(Materials Science and Engineering，2006，A418：320)提出了不同退火温度下等温时间对Cu-Ag合金组织性能的影响。然而，这些成果仅涉及控制变形量、中间热处理及最终退火等方法调整合金性能，而未进一步提出控制原始组织的热处理技术。
另有一些献(Sakai等，Applied Physics Letters，1991，59(23)：2965；Sakai等，Acta Materialia，1997，45(3)：1017；Gaganov等，Z.Metallkd.，2004，95(6)：425；王英民等，稀有金属材料与工程，2001，30：295；张晓辉等，中国有色金属学报，2002，12：115)均对纤维增强Cu-Ag合金的热处理进行了研究，指出合适的热处理可以形成更细密的纤维组织，给出了合金强度和电导率的关系。然而，这些热处理技术也仅局限于均匀化退火、中间热处理及最终热处理，其良好效果必须配合加工变形过程来体现，要求组织为复杂的多相纤维复合形态，不涉及优化铸态原始组织所产生的性能改善技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善Cu-Ag合金硬度和电导率的固溶时效工艺，通过对铸态Cu-(5～7)％Ag合金的固溶时效处理，改变合金原始组织形态，提高合金的硬度及电导率，为后续的强应变形成双相纤维复合材料提供优化的原始组织。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
(1)将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为(5～7)％，其余为电解Cu，先将电解Cu置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1150℃下静置除气后向炉内充Ar至450kPa，加入金属Ag并熔化，电磁搅拌均匀并静置2～3min后浇注成16×42×170mm的板状铸锭。
(2)铸锭通过730℃/8h+(760～780℃)/(4～8)h等温水冷进行固溶处理。
(3)对固溶处理后的铸锭进行350～450℃时效2～24h等温空冷处理。
经受固溶时效热处理的Cu-(5～7)％Ag合金维氏硬度达到110～130，相对电导率达到85％～96％IACS。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
(1)对于铸态Cu-(5～7)％Ag合金，可以通过固溶时效热处理来提高硬度及相对电导率，为应变加工成为纤维复合组织提供了具有优良综合性能的原始铸态组织。
(2)经过固溶时效热处理的低Ag含量的Cu-(5～7)％Ag合金硬度和相对电导率水平已经高于高Ag含量的Cu-24％Ag合金(对比试验结果见图1及图2)，可以显著减少昂贵元素Ag的消耗，降低了原材料成本。
(3)工艺过程简单，容易实施。
附图说明
图1是时效时间对不同Ag含量合金维氏硬度的影响测试结果。
图2是时效时间对不同Ag含量合金相对电导率的影响测试结果。
具体实施方式
实施例1：
将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为5％，其余为电解Cu，先将Cu置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1150℃下静置除气后向炉内充Ar至450kPa，再加入Ag并熔化，电磁搅拌均匀并静置2～3min后浇注成16×42×170mm的板状铸锭。
铸锭通过730℃/8h+760℃/4h等温水冷进行固溶处理。
对固溶处理后的铸锭进行350℃时效2h等温空冷处理。
经过以上加工及热处理的合金，其维氏硬度达到111，相对电导率达到85％IACS变化(见图1及图2)。
实施例2：
将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为6％，其余为电解Cu。铸锭熔炼及浇注过程同实施例1。
铸锭通过730℃/8h+760℃/8h等温水冷进行固溶处理。
对固溶处理后的铸锭进行350℃时效24h等温空冷处理。
经过以上加工及热处理的合金，其维氏硬度达到116，相对电导率达到96％IACS(见图1及图2)。
实施例3：
将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为6.5％，其余为电解Cu。铸锭熔炼及浇注过程同实施例1。
铸锭通过730℃/8h+780℃/4h等温水冷进行固溶处理。
对固溶处理后的铸锭进行450℃时效2h等温空冷处理。
经过以上加工及热处理的合金，其维氏硬度达到130，相对电导率达到90％(见图1及图2)。
实施例4：
将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为7％，其余为电解Cu。铸锭熔炼及浇注过程同实施例1。
铸锭通过730℃/8h+780℃/8h等温水冷进行固溶处理。
对固溶处理后的铸锭进行450℃时效24h等温空冷处理。
经过以上加工及热处理的合金，其维氏硬度达到110，相对电导率达到95％IACS(见图1及图2)。
Claims (2)
1.一种改善Cu-Ag合金硬度和电导率的固溶时效工艺，其特征在于：
1)将金属Ag及电解Cu按质量百分数配料，其中金属Ag为5％～7％，其余为电解Cu，先将电解Cu置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1150℃下静置除气后向炉内充Ar至450kPa，加入金属Ag并熔化，电磁搅拌均匀并静置2～3min，浇注成16×42×170mm的板状铸锭；
2)对铸锭进行固溶处理：处理的工艺为730℃/8h加760～780℃/4～8h等温水冷；
3)对固溶处理后的铸锭进行时效处理：处理工艺为350～450℃/2～24h等温空冷。
2.根据权利要求1所述的一种改善Cu-Ag合金硬度和电导率的固溶时效工艺，其特征在于：经受固溶时效热处理的Cu-5％～7％Ag合金维氏硬度达到110～130，相对电导率达到85％～96％IACS。
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