CN101186983A - 特种铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型高强高导电铜合金及其制备方法，属于铜基电工材料。铜基电工合金的重量百分比化学成分为：0.01～5.0Eu，0.01～5.0Gd，0.01～5.0Er，0.01～3.0C，余量为Cu。其制备方法为：将铜，铕(Eu)、钆(Gd)、铒(Er)(混合稀土元素)按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼和制粉设备中熔化，通过快速凝固惰性气体雾化，制备成CuEuGdEr合金粉末；粉末再与石墨粉(C)进行机械合金化混合，混合粉末再经过冷等静压成型、烧结、挤压等工艺加工，获得管材、棒材或片材等成品。该合金材料具有导电、导热性好，室温强度大，软化温度高和导电率高等特点，可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。

Description

特种铜合金及其制备方法

技术领域  本发明涉及铜基电工合金材料，特别是涉及一种新型高强高导电铜基合金及其制备方法。

背景技术  高强高导电铜合金是指在具有优良的导电、导热性能的同时又兼顾高的强度和优异的高温性能的合金，其主要要求是在不损失导电率和导热率的前提下，使合金的强度提高。铜基合金材料主要用作汽车、摩托车、电工、电子、电力等行业中的电阻焊电极、引线框架、导电桥等材料，还可用于替代有毒的铍青铜、磷青铜等制作继电器支座和高低压接插元件等。目前，国内外这类合金按其化学成分、强度和导电率主要分为四类：

(1)高强高导电铜合金，抗拉强度500～600MPa，导电率80～90％IACS，如Cu-Cr-Zr，Cu-Ag-Cr，Cu-Cr或Zr合金，Cu/Al₂O₃，Cu/RE₂O₃等。这类合金具有较高的力学性能和导电、导热性能；

(2)中强高导电铜合金，抗拉强度350～550MPa，导电率70～98％IACS，如Cu-Ag，Cu-Cd，Cu-Cr，Cu-Zr等；

(3)高强中导电铜合金，抗拉强度700～800MPa，导电率40～50％IACS。如Cu-Be，Cu-Ni-Si，Cu-Ni-Co等；

(4)超高强低导电铜合金，抗拉强度≥900MPa，导电率＝10～30％IACS，如Cu-Ti，Cu-Be-Co等。

近年来，随着高强高导电材料相关应用行业的发展，对传统铜基电工材料提出了更高的要求，例如：在室温和高温保持高的导电、导热性，硬度高，具有良好的抗变形能力及加工性能等。许多年来，该领域新材料的研究主要集中于铜一过渡族元素，如：Cu-Zr，Cu-Cr，Cu-Ni-Ti，Cu-Be-Co等。制备技术为合金熔铸法。强化手段为形变强化、固溶强化或时效强化等。虽然这些方法对铜基合金材料的性能和使用范围有所改善，但对材料导电率、高温强度、高温硬度和软化温度等热强性能几乎无明显改进。

发明内容：本发明的目的在于发明一种铜基电工合金材料，特别是一种特种铜合金材料。

本发明铜合金材料化学成份的重量百分比为：0.01～5.0Eu，0.01～5.0Gd，0.01～5.0Er，0.01～3.0C，余量为Cu。

特种铜合金材料的制备方法，依序包括下列工艺步骤：

(1)在真空度＞1×10^-2Pa的真空中频炉中熔炼按比例配置好的Cu、Eu、Gd、Er合金；

(2)在真空度＞1×10^-2Pa的真空条件下，以冷却速率10⁴～10⁵K/S将步骤(1)所得的合金液体雾化成粉末；

(3)在机械合金化高能球磨设备中将CuEuGdEr粉末与石墨粉(C)混合，24小时；

(4)在100～200MPa压力下将步骤(3)所得到的合金粉末进行压制成形；

(5)在800～900℃温度下和真空度＞1×10^-2Pa真空下烧结步骤(3)所得合金压坯；

(6)再将CuEuGdErC合金锭挤压为管材、棒材或片材，挤压比＞20∶1，挤压温度为700～850℃；

(7)挤压材料再经过拉拔、轧制、热处理等工序加工，制备成管材、棒材或片材等半成品；拉拔、轧制变形量为30～50％，热处理温度为600～800℃；

(8)根据使用要求，再进行管材、棒材或片材的精加工，最终制备得CuEuGdErC高强高导电合金制品。

铜基电工合金的重量百分比化学成份为：0.01％～5.0％Eu，0.01％～5.0％Gd，0.01％～5.0％Er，0.01％～3.0％C，余量为Cu。其制备方法为：将铜，铕(Eu)、钆(Gd)、铒(Er)(混合稀土元素)按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼和制粉设备中熔化，通过快速凝固惰性气体雾化，制备成CuEuGdEr合金粉末；粉末再与石墨粉(C)进行机械合金化混合，混合粉末再经过冷等静压成型、烧结、挤压等工艺加工，获得管材、棒材或片材等成品。

本发明人在长期从事电工合金以及稀土元素应用研究和开发的基础上，选择混合重稀土元素(Eu、Gd、Er)作为添加剂，发现稀土元素有效地促进了Cu合金的组织细化过程，形成多相金属间化合物和稀土氧化物，并且均匀地分布于合金的晶内和晶界上，明显改善了材料的组织结构，提高了材料的力学性能和高温强度、软化温度等；特别是添加石墨(C)固体润滑剂在合金中可明显起到自润滑作用，从而提高合金的耐磨性能；然而，对合金材料的塑性和电阻率影响较小。

因此，利用添加混合稀土元素、真空快速凝固制粉、压制烧结及挤压加工等先进粉末冶金技术的优化集成，为新型铜基电工合金材料及制品的加工提供了新途径。

本发明合金材料具有导电、导热性好，室温强度大，软化温度高和导电率高等特点，可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。

具体实施方式

本发明的特种铜合金材料，其化学成份(重量％)为：0.01～5.0Eu，0.01～5.0Gd，0.01～5.0Er，0.01～3.0C，余量为Cu。

特种铜合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：

(1)在真空中频炉中(真空度：＞1×10^-2Pa)熔炼按比例配置好的Cu、Eu、Gd、Er合金；

(2)在真空条件下(真空度：＞1×10^-2Pa)以冷却速率10⁴～10⁵K/S将步骤(1)所得的合金液体雾化成粉末；

(3)在机械合金化高能球磨设备中将CuEuGdEr粉末与石墨粉(C)混合，24小时；

(4)在100～200MPa压力下将步骤(3)所得到的合金粉末进行压制成形；

(5)在800～900℃温度下真空烧结(真空度：＞1×10^-2Pa)步骤(3)所得合金压坯；

(6)再将CuEuGdErC合金锭挤压为管材、棒材或片材，挤压比＞20∶1，挤压温度为700～850℃。

(7)挤压材料再经过拉拔、轧制、热处理等工序加工，制备成管材、棒材或片材等半成品；拉拔、轧制变形量为30～50％，热处理温度为600～800℃。

(8)根据使用要求，再进行管材、棒材或片材的精加工，最终制备得CuEuGdErC高强高导电合金制品。

本发明的铜铕钆铒石墨合金材料具体实施列为：材料的物理、力学性能及软化温度如表1所示。

表1.CuEuGdEr合金的技术性能指标

Claims (2)

1.特种铜合金材料，其特征在于其化学成份的重量百分比为：0.01％～5.0％Eu，0.01％～5.0％Gd，0.01％～5.0％Er，0.01％～3.0％C，余量为Cu。

2.特种铜合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：

(1)在真空度＞1×10^-2Pa的真空中频炉中熔炼按比例配置好的Cu、Eu、Gd、Er合金；

(2)在真空度＞1×10^-2Pa的真空条件下，以冷却速率10⁴～10⁵K/S将步骤(1)所得的合金液体雾化成粉末；

(3)在机械合金化高能球磨设备中将CuEuGdEr粉末与石墨粉(C)混合，24小时；

(4)在100～200MPa压力下将步骤(3)所得到的合金粉末进行压制成形；

(5)在800～900℃温度下和真空度＞1×10^-2Pa真空下烧结步骤(3)所得合金压坯；

(6)再将CuEuGdErC合金锭挤压为管材、棒材或片材，挤压比＞20∶1，挤压温度为700～850℃；

(7)挤压材料再经过拉拔、轧制、热处理等工序加工，制备成管材、棒材或片材等半成品；拉拔、轧制变形量为30～50％，热处理温度为600～800℃；

(8)根据使用要求，再进行管材、棒材或片材的精加工，最终制备得CuEuGdErC高强高导电合金制品。