CN102094166A

CN102094166A - 一种高强高导铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102094166A
Application number: CN 201110041673
Authority: CN
Inventors: 晁明举; 李明玉; 梁二军; 张俊吉; 李德川
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: CN102094166B

Abstract

本发明属于激光制备技术领域，特别涉及一种高强高导铜合金及其制备方法。在表面处理过的纯铜基材表面利用粘结剂预涂镍基合金粉末并干燥，然后利用激光进行表面强化处理。本发明方法不仅大幅提高铜基材的硬度及耐磨性，而且保持了优良的导电性能。同时原料易得，制备快速，工艺简单、环保，效率高且易控制，可实现自动化大规模生产。

Description

一种高强高导铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于激光制备技术领域，特别涉及一种高强高导铜合金及其制备方法。

背景技术

高强高导电铜基材料是制造电阻焊电极、电子元器件引线框架、高强度电力线、电接触元件触头等零部件的理想材料，尤其是在制备电磁炮导轨方面具有巨大的应用价值。电磁炮导轨不仅要求高导电性，而且要求高强度，以避免弹头高速滑动引起的剧烈摩擦和高温烧蚀，但现有铜合金材料还不能完全满足这个要求。电磁炮技术发展的关键是成功制备高强高导电铜基材料。

对铜合金而言，在获得高强度的同时一般会造成导电性能的降低，如何解决这一矛盾，一直是该领域中的热点课题。有研究表明，快速凝固技术在保持高导电性的前提下能够提高铜合金的强度,并可改善耐磨、耐蚀性能。目前,在开发高性能铜合金中采用的快速凝固方法有旋铸法、超声气体雾化法和喷射成形法。但这些方法或工艺复杂，或制备尺寸受限，或成本较高，大规模应用仍有一定困难。激光是20世纪60年代的新光源。激光技术具有瞬间加热温度高、冷却速率快、热影响区小、工件变形较小、可自动控制等优点，另外，激光工艺对环境无污染、无辐射，还具有生产率高、能耗低、成品率高及综合成本低等特点，应用广泛。但是尚无利用激光技术制备高强高导铜合金的方法报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用激光技术制备高强高导铜合金的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种高强高导铜合金，所述的铜合金平均硬度为570-650HV，导电率为81-93% IACS。

本发明还提供了一种上述高强高导铜合金的制备方法,在表面处理过的纯铜基材表面预涂镍基合金粉末并干燥，然后利用激光进行表面强化处理。

其中，激光表面强化处理时选用5kW横流连续波CO₂激光器对预涂样品依次进行单道和多道搭接强化，光斑直径5mm，激光功率2.2 kW，扫描速度2-5mm/s，多道搭接率30-50%。

扫描速度优选为4mm/s。

表面处理为将纯铜基材表面用砂纸打磨平整，再用丙酮清洗。

具体的，可选用400号砂纸进行打磨。

镍基合金粉的粒度为45-100μm。

镍合金粉末预涂的厚度为0.3-1.0mm为宜，优选0.9mm。

粉末预涂后优选于100-200℃进行干燥。

具体的，可采用粘结剂将镍基合金粉末预涂于纯铜基材表面，粘接剂为甲基纤维素的丙酮溶液。

激光强化处理后，对激光强化样品进行整平加工。

本发明以纯铜为基材，镍基合金粉为强化材料，利用激光对材料表面进行强化处理。利用这种方法可在纯铜表面获得耐磨性良好的合金强化层，同时材料整体依然具有良好的导电性。

总体上，本发明在提高铜材料强度的同时保证了基材的高导电率，克服了传统工艺以降低导电率为代价提高铜合金强度的问题。获得的铜合金的导电率高：扫描速度5 mm/s的强化样品的导电率高达93%IACS。硬度高、耐磨性能好：样品的平均硬度高达HV_0.1625，以GCr15标准环(硬度为HRC60.5)为对磨偶件，在载荷60N，持续时间900s，大气环境干摩擦条件下，摩擦磨损失重仅为铜基材的1/5，耐磨性是纯铜的5倍。

本发明所述材料可用于电阻焊电极、电子元器件引线框架、高强度电力线、电接触元件触头、电磁炮导轨等。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明方法不仅大幅提高铜基材的硬度及耐磨性，而且保持了优良的导电性能。同时原料易得，制备快速，工艺简单、环保，效率高且易控制，可实现自动化大规模生产。

附图说明

图1为实施例3制备的铜合金的强化层中部SEM照片；

图2为实施例3制备的铜合金的XRD图；

图3为实施例1、2、3、4制备的铜合金的硬度分布曲线。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

厚度为5mm的纯铜基材，表面尺寸为50 mm×30 mm，在其表面进行激光强化，工艺步骤如下：

（1）、基材表面处理：先将纯铜基材表面用400号砂纸打磨平整，再用丙酮清洗干净；

（2）、粉末预涂：使用甲基纤维的丙酮溶液作为粘结剂将镍基合金粉末（成分为Cr:16%,Fe:8-10%,Si:3.5-5.5%,B:3-4.5%,C:0.8-1%,Ni:Bal，粒度45-100μm，下同）预涂在试样表面，厚度0.9 mm，放入烘箱中100℃干燥。

（3）、激光表面强化处理：具体工艺参数为：光斑直径5mm，激光功率2.2 kW，扫描速度2mm/s，多道搭接率40%。

（4）、对激光强化样品进行整平加工。

实施例2

厚度为5mm的纯铜基材，表面尺寸为50 mm×30 mm，在其表面进行激光强化，其工艺步骤如下：

（2）、粉末预涂：使用甲基纤维丙酮粘结剂将镍基合金粉末预涂在试样表面，厚度0.9 mm，放入烘箱中100℃干燥。

（3）、激光表面强化处理：具体工艺参数为：光斑直径5mm，激光功率2.2 kW，扫描速度3mm/s，多道搭接率40%。

（4）、对激光强化样品进行整平加工。

实施例3

（3）、激光表面强化处理：具体工艺参数为：光斑直径5mm，激光功率2.2 kW，扫描速度4mm/s，多道搭接率40%。

（4）、对激光强化样品进行整平加工。

图1为制备的铜合金的强化层中部SEM照片，给出了合金强化层的显微组织；图2为制备的铜合金的XRD图，由图可知，合金强化层主要由CrB、Cr₃C₂和γ(Cu,Ni)固溶体等相组成。结合图1和图2可知，合金强化层以γ(Cu, Ni)固溶体为基体，其上弥散分布有CrB颗粒相和Cr₃C₂条状相，呈现典型的快速凝固特征。图3为制备的铜合金的硬度分布曲线。硬度的提高是由于颗粒强化、细晶强化和固溶强化的共同作用。

实施例4

（3）、激光表面强化处理：具体工艺参数为：光斑直径5 mm，激光功率2.2 kW，扫描速度5 mm/s，多道搭接率40%。

（4）、对激光强化样品进行整平加工。

表1为实施例1-4中获得的铜合金的性能测试结果以及与国内外同类材料的性能对比。

表1

Figure 2011100416738100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims

1.一种高强高导铜合金，其特征在于，所述的铜合金平均硬度为570-650HV，导电率为81-93% IACS。

2.权利要求1所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，在表面处理过的纯铜基材表面预涂镍基合金粉末并干燥，然后利用激光进行表面强化处理。

3.如权利要求2所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，激光表面强化处理时选用5kW横流连续波CO₂激光器对预涂样品依次进行单道和多道搭接扫描，光斑直径5mm，激光功率2.2 kW，扫描速度2-5mm/s，多道搭接率为30-50%。

4.如权利要求3所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，扫描速度4mm/s。

5.如权利要求3所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，镍基合金粉末预涂的厚度为0.3-1.0mm。

6.如权利要求5所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，粉末预涂后于100-200℃进行干燥。

7.如权利要求2或3所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于，采用粘结剂将镍基合金粉末预涂于纯铜基材表面，粘接剂为甲基纤维素的丙酮溶液。

8.如权利要求2或3所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，表面处理为将纯铜基材表面用砂纸打磨平整，再用丙酮清洗。

9.如权利要求8所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，用400号砂纸进行打磨。

10.如权利要求2所述的高强高导铜合金的制备方法,其特征在于，镍基合金粉末的粒度为45-100μm。