CN101643866A - 高强高导CuAg合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备连续纤维组织的高强度高导电铜银合金材料及其制备工艺，其材料由Cu、Ag等元素组成，通过定向凝固技术获得具有柱状组织的铜银合金锭，后经挤压、拉拔等工艺获得具有连续的纤维组织结构；合金材料的成分为：Ag：5－10wt％，铜余量。铜银合金的制备工艺如下：(1)化学成分的配制。(2)熔炼室和定向凝固室抽真空。(3)合金熔炼。(4)定向凝固。(5)热挤压。(6)热处理。(7)拉丝或扎制。该材料可用于中等负荷和轻负荷的开关、断路器、接触器、微电机滑环和整流片等滑动接点材料、高脉冲磁场导体材料、集成电路引线框架、鱼雷导线、导电簧片等。

Description

高强高导CuAg合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，特别是涉及高强高导铜银合金材料及其制备工艺。

背景技术

铜银合金一般用中频或高频感应炉、石墨坩埚在真空或保护性气氛下熔炼，铁模浇铸。铸锭经均匀化退火后热锻(轧)或冷锻(轧)开坯，再冷加工至成品尺寸，中间退火在真空或保护性气氛下进行。电工行业用铜银合金由于具有良好的导热导电性，以及优异的物理力学性能，被广泛应用于中等负荷和轻负荷的开关、断路器和接触器中，也用作微电机滑环和整流片等滑动接点材料。同时也在高脉冲磁场导体材料、集成电路引线框架、电车及电力火车架空导线、磁悬浮列车强磁场磁铁和导电簧片等众多领域得到应用。

铜是银重要的合金化元素，添加铜于银中，可因固溶强化提高银的强度和硬度，降低银的熔点使合金的铸造性能得到改善，但会引起导热、导电性能降低，抗氧化及抗腐蚀性能变坏。

长期以来，在铜银合金的研究和制备中存在着高强度和高导电率之间的矛盾，为了解决这一问题，需要选择合理的制备手段，在保证材料物理、力学和电学性能的同时，尽可能改善合金的显微组织和结构。例如，利用Ag-Cu共晶组织发展原位纤维复合材料，具有高强度和高导电率的良好结合，目前Ag-Cu原位纤维复合材料均采用熔铸方法制备，铸态组织包含富Cu相和富Ag相，通过大变形后，富Ag相或富Cu相发展为细的纤维状结构，分布在基体中。

国内对银含量在5wt％-10wt％的CuAg合金的研究成果如表1所示。

表1国内CuAg合金性能表。

编号	成分	抗拉强度(GPa)	电导率(％IACS)	变形程度	备注(发表作者)
						1	Cu-6Ag	1.0	75	9.5	孟亮
2	Cu-10Ag	1.5	65	10.1	宁远涛

由表1可知，通过非常大的变形，CuAg合金可以获得高于1GPa的抗拉强度，但电导率低于75％，所采用的方法为传统的铸造方法获得铸锭。

从上面的分析可以知道，铜银合金的强度和电导率是一对相互制约的矛盾，一般都是采用传统的熔炼技术来制备铜银合金，铸锭中的铸造缺陷(偏析、夹杂、组织不均匀等)严重影响了铜银合金产品的性能，而且必须通过非常的变形才能获得高强度的CuAg合金。

发明内容

为了解决目前铜基含银合金材料高强度与高电导率的矛盾，并且必须通过大变形才能获得高强度等问题。本发明的目的是提供一种基于定向凝固技术，改善合金铸态组织，通过小变形获得高强高导铜银合金材料及其制备工艺。本发明通过以下技术方案实现：

(1)化学成分的设计：采用纯度大于99.95％的铜、银为原材料，按化学成分要求配制成分，Ag 5-10wt％，余量为铜。

(2)熔炼室和定向凝固室抽真空。真空度要求在1Pa以下，然后充氩气保护，气压在0.04-0.05MPa。

(3)石墨坩埚预热。石墨坩埚的预热温度在1000℃-1100℃。

(4)合金熔炼。合金在真空感应炉内熔化，升温精炼并使其充分合金化，温度控制在1200℃-1250℃，保温1-3分钟，匀速通过漏斗浇入石墨坩埚。

(5)下拉石墨坩埚。待金属全部浇入坩埚后，启动下拉装置，使石墨坩埚匀速下移，下拉速度在200μm-500μm/S。

(6)取出合金锭。待定向凝固室的温度下降到100℃以下，取出合金锭。

(7)热挤压。600℃-650℃保温4小时，木炭保护，180-250MPa下中等速度，大挤压比在4-8∶1，将其挤压成带材或丝材。

(8)热处理。采用高真空退火炉对挤出的棒材或板材在650℃-750℃进行热处理1-2小时，真空度小于10^-2Pa，随炉冷却。

(9)拉丝。每道次的变形量控制在10％左右。

附图说明

图1CuAg6硬态400×；

图2CuAg6 350℃退火400×；

图3为CuAg9硬态400×；

图4为CuAg9 400℃退火400×。

具体实施方式

实施例1

(1)化学成分的设计：采用纯度大于99.95％的铜、银为原材料，按Ag 6wt％，余量为铜配制CuAg6。

(2)熔炼室和定向凝固室抽真空，真空度为1Pa，然后充氩气保护，气压在0.04MPa。石墨坩埚的预热温度在1100℃。

(4)合金熔炼。合金在真空感应炉内熔化，升温精炼并使其充分合金化，温度控制在1200℃-1250℃，保温2分钟，匀速通过漏斗浇入石墨坩埚。

(5)下拉石墨坩埚。待金属全部浇入坩埚后，启动下拉装置，使石墨坩埚匀速下移，下拉速度500μm/S。待定向凝固室的温度下降到100℃以下，取出合金锭。

(6)热挤压。650℃保温4小时，木炭保护，200MPa中等速度，大挤压比在5.7∶1，将其挤压成棒材。

(7)热处理。采用高真空退火炉对挤出的棒材在750℃进行热处理1.5小时，真空度为7*10^-3Pa，随炉冷却。

(8)拉丝。每道次的变形量控制在10％左右。

实施例2

(1)化学成分的设计：采用纯度大于99.95％的铜、银为原材料，按Ag 9wt％，余量为铜配制CuAg9。

(2)熔炼室和定向凝固室抽真空，真空度为1Pa，然后充氩气保护，气压在0.05MPa。石墨坩埚的预热温度在1080℃。

(3)合金熔炼。合金在真空感应炉内熔化，升温精炼并使其充分合金化，温度控制在1170℃-1220℃，保温2分钟，匀速通过漏斗浇入石墨坩埚。

(4)下拉石墨坩埚。待金属全部浇入坩埚后，启动下拉装置，使石墨坩埚匀速下移，下拉速度300μm/S。待定向凝固室的温度下降到100℃以下，取出合金锭。

(5)热挤压。650℃保温4小时，木炭保护，250MPa中等速度，挤压比在4∶1，将其挤压成棒材。

(6)热处理。采用高真空退火炉对挤出的棒材在700℃进行热处理1.5小时，真空度为8*10^-3Pa，随炉冷却。

(7)拉丝。每道次的变形量控制在10％左右。

上述实例测得的CuAg合金力学和电学性能数据如表2。

表2CuAg合金力学和电学性能

Claims (7)

1、一种高强高导电铜银合金材料，其特征在于：其成分重量百分比为：Ag5wt％-10wt％，铜余量，并经定向凝固技术获得柱状组织的合金锭，后经挤压、拉拔等工艺获得具有连续的纤维组织结构。

2、根据权利要求1所述的高强高导电铜银合金材料，其特征在于力学性能和电学性能为：当真实变形量达到7.4时，硬态的抗拉强度达到1GPa以上，电导率大于75％IACS。

3、一种高强高导电铜银合金材料的制备方法，其特征在于含有以下步骤：

(1)采用纯度大于99.95％的铜、银为原材料，按化学成分要求配制成分，Ag 5-10wt％，余量为铜；

(2)熔炼室和定向凝固室抽真空，真空度要求在1Pa以下，然后充氩气保护，气压在0.04-0.05MPa；

(3)石墨坩埚预热，石墨坩埚的预热温度在1000℃-1100℃；

(4)合金熔炼：合金在真空感应炉内熔化，升温精炼并使其充分合金化，温度控制在1200℃-1250℃，保温1-3分钟，匀速通过漏斗浇入石墨坩埚；

(5)下拉石墨坩埚：待金属全部浇入坩埚后，启动下拉装置，使石墨坩埚匀速下移，下拉速度在200μm-500μm/S；

(6)取出合金锭：待定向凝固室的温度下降到100℃以下，取出合金锭。

(7)热挤压；

(8)热处理；

(9)拉丝。

4、根据权利要求3所述高强高导电铜银合金材料的制备方法，其特征在于所述的热挤压是：600℃-650℃保温4小时，木炭保护，180-250MPa下中等速度，大挤压比在4-8∶1，将其挤压成带材或丝材。

5、根据权利要求3所述高强高导电铜银合金材料的制备方法，其特征在于所述的热处理是：采用高真空退火炉对挤出的棒材或板材在650℃-750℃进行热处理述的热处理是：采用高真空退火炉对挤出的棒材或板材在650℃-750℃进行热处理1-2小时，真空度小于10^-2Pa，随炉冷却。

6、根据权利要求3所述高强高导电铜银合金材料的制备方法，其特征在于所述的拉丝时每道次的变形量控制在10％左右。

7、权利要求1的高强高导电铜银合金材料作为在中等负荷和轻负荷的开关、断路器、接触器、微电机滑环、整流片等滑动接点材料、高脉冲磁场导体材料、集成电路引线框架、鱼雷导线或导电簧片中的应用。

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