CN101348873A

CN101348873A - 一种高强高导铜和铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101348873A
Application number: CNA2008100183191A
Authority: CN
Inventors: 马颖; 杨贵荣; 郝远; 周启波; 宋文明
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-01-21

Abstract

一种高强高导铜和铜合金及其制备方法，高强高导铜及铜合金是以纯度为99.9％以上的高纯阴极铜为基体加入合金元素，采用液态模锻工艺成型。在该合金中含有质量分数为0.01％～1％的Ag、0.01％～0.5％的Mg、0.01％～0.3％的Ti、0.01％～0.2％的稀土元素镧或铈。其制备步骤为：首先进行铜或铜合金的真空熔炼，同时将模具清理好后进行预热，接着打开模具定量浇注后再合模，并施加压力保压成型，直至液态金属在高压下完全凝固后才卸压，随即开模取工件。然后再将工件进行时效处理或固溶与时效处理。

Description

一种高强高导铜和铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是高强高导铜及铜合金的制备工艺技术，主要涉及高强高导铜合金的成分与制备方法。

技术背景

铜是人们应用最早同时也是目前应用最广泛的金属材料之一。铜及铜合金由于其良好的导电、导热、耐蚀、可焊性而广泛应用于导电、导热器材，如：集成电路引线框架、高速电气化铁路接触线、连铸机结晶器、高脉冲磁场的导体材料、微电子封装材料、各类电焊和滚焊机的电极材料、大型高速涡轮发电机的转子导线、电枢和电动工具的换向器、沿海电厂的热交换材料和耐蚀部件、高速电动机和发电机的整流子片等。但是，由于铜本身的物理特性，使其传导性与强度的同时提高成为一对矛盾。目前，主要通过铜合金的成分设计(包括合金化法和复合材料法)来制备高强高导铜及铜合金。

复合材料法的主要设计原理是根据对材料性能的要求选用适当的增强相在保持基体高导的同时充分发挥增强相的强化作用和二者的适当协调作用。合金化法的主要设计原理是在铜中加入合金元素，通过固溶强化、冷变形时效强化、细晶强化和过剩相强化等方式来提高铜合金的强度。复合材料法及其工艺能够保证合金具有较高的强度，但导电性能不高、工艺过程复杂不易控制且生产成本较高；合金化法及其工艺能够使合金有较好的导电性能，但强度不高且工艺过程较复杂。

目前，能够使铜及铜合金同时具备高强高导、降低生产成本和工艺复杂性又能广泛应用于工业大规模生产的成型工艺只有铸造和塑性成型。铸造属于液体充填形式的加工方法。为了提高铸件的质量和尺寸精度、不断向快速、精密、高压方向发展。塑性加工属于固体填充形式的加工方法。由于固态金属变形抗力高、需要耗费较大的能源。对于稍微复杂的零件，往往需要多道锻造工序，成型才能完成，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供满足电力、电器、机械制造等工业部门所需高质量低成本的高强高导铜、铜合金及其制备工艺。

本发明是一种高强高导铜及铜合金及其制备方法，高强高导铜及铜合金是以纯度为99.9％以上的高纯阴极铜为基体加入合金元素，采用液态模锻工艺成型。该合金中含有质量分数为0.01％～1％的Ag、0.01％～0.5％的Mg、0.01％～0.3％的Ti、0.01％～0.2％的稀土元素镧或铈。

其制备方法是首先进行铜或铜合金的真空熔炼，同时将模具清理好后进行预热，接着打开模具定量浇注后再合模，并施加压力保压成型，直至液态金属在高压下完全凝固后才卸压，随即开模取工件。然后再将工件进行时效处理或固溶与时效处理。

本发明的液态模锻采用液态充填，同时具备塑性成型的优点，可降低能源消耗和成本、减小单位变形力、提高制件的尺寸精度、保证制件质量，是综合了铸造成型与塑性成型的优点于一体的成型新技术。使用液态模锻法制备高强高导铜及铜合金，在液态模锻的过程中，金属液在凝固过程中受高压作用，使金属液和金属模壁紧密接触，因而传热快、凝固时间短。所得工件表面光滑、组织致密；金属液在高压下凝固有利于获得细晶组织；同时，在凝固的后期固态金属发生了塑性变形，极大地提高了其力学性能。所有这些因素都有利于铜及铜合金工件强度和导电性能的提高。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式：

添加元素可以是中间合金，也可以是纯金属。实施例1：高强高导纯铜的熔炼原料：高纯阴极铜(纯度99.97％)。

(1)熔炼：首先将高纯阴极铜(纯度为99.97％)和还原性物质一同加入真空炉中，加热熔化并升温至1350℃～1500℃，保温2～8分钟。降温至1100℃～1200℃，保温静置1～5分钟，通入保护性气体，时间2～30s，最后进行液态模锻。

(2)液态模锻：其工艺参数如下：铜及铜合金的浇注温度为：1120℃～1300℃；模具预热温度为：150℃～400℃；液态金属在模具中的静置时间为：5～60s；液态模锻单位压力大小为：20～250Mpa；液态模锻单位加压速度为：0.1～5mm/s；保压单位压力为：50～250Mpa；压力保持时间为根据液态模锻件壁厚：0.3～1.5s/mm；

(3)时效处理：将所得纯铜试样在250～400℃时效1～5小时。经过处理后的液态模锻纯铜性能：抗拉强度300MPa～400Mpa，电导率达到99.5％IACS以上。

实施例2：

高强高导铜合金采用以下合金熔炼：高纯阴极铜(纯度99.97％)、铜与一定含量的合金元素构成的中间合金或纯金属元素。

(1)熔炼：所述的高强高导铜合金的熔炼是首先将高纯阴极铜(纯度99.97％)，纯钛和还原性物质一同加入真空炉中，熔炼20～30分钟，升温至1350℃～1500℃，保温2～8分钟，在保护性气氛下加入铜-3％镧中间合金，熔炼1～8分钟，最后加入铜-3％镁，熔炼1～8分钟并进行充分搅拌，降温至1100℃～1300℃，保温静置1～5分钟，进行液态模锻。

(3)固溶处理：合金加热到900℃～980℃保温15～60分钟，淬入水等快速冷却剂中。

(4)时效处理：将合金在300℃～550℃保温2～5小时。经过处理后的合金达到如下性能：抗拉强度450～700Mpa、电导率达到80％IACS以上、软化温度400℃～550℃。

Claims

1、一种高强高导铜及铜合金，其特征在于：高强高导铜及铜合金是以纯度为99.9％以上的高纯阴极铜为基体加入合金元素，采用液态模锻工艺成型。

2、根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于：该合金中含有质量分数为0.01％～1％的Ag、0.01％～0.5％的Mg、0.01％～0.3％的Ti、0.01％～0.2％的稀土元素镧或铈。

3、根据权利要求1或2所述的铜合金，其特征在于：该合金中还含有质量分数为0.01％～0.3％的Cr、0.01％～0.3％的Zr、0.01％～0.2％的Co等元素中的一种元素或几种元素的混合物。

4、一种高强高导铜及铜合金的制备方法，其特征在于：制备如权利要求1，或2，或3所述的高强高导铜及铜合金的步骤为：首先进行铜或铜合金的真空熔炼，同时将模具清理好后进行预热，接着打开模具定量浇注后再合模，并施加压力保压成型，直至液态金属在高压下完全凝固后才卸压，随即开模取工件。然后再将工件进行时效处理或固溶与时效处理。

5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：铜及铜合金的浇注温度为1120℃～1300℃；模具预热温度为150℃～400℃；液态金属在模具中的静置时间为5～60s。

6、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：液态模锻单位压力大小为：20～250Mpa；液态模锻单位加压速度为：0.1～5mm/s；保压单位压力为：50～250MPa；压力保持时间为根据液态模锻件壁厚：0.3～1.5s/mm。