CN102492868A - 一种铜铋合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜铋合金及其制备方法，属于铜基电工材料。铜基电工合金的重量百分比化学成份为：0.0001～3.0Bi，余量为Cu。将铜和一定重量百分比的铋经真空中频熔炼成中间合金，再将电解纯铜和上述CuBi中间合金按CuBi合金设计成分比例配好，经真空中频熔炼制备成CuBi合金锭，合金锭经过模锻、退火、挤压、拉拔等工艺加工，获得棒材或丝材等成品。该合金材料具有导电率大于90IACS%、导热性好，室温最大抗拉强度大于280MPa等优点，此外具有较好的易切削性能,经切削后表面光洁度高。可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电插杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高导易切削铜基合金及其制备方法，属铜基电工合金材料技术领域。
背景技术
高导易切削铜合金具有优良的导电性能和易切削的特性即切削后合金表面光洁度高，其主要性能要求是在不损失导电率和导热率的前提下，使合金具有易切削性。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，还可用于部分替代有毒的铍青铜、磷青铜等制作继电器支座和高低压接插元件等。目前，国内外广泛使用的易切削铜主要是HPb59-1，通常规定它的易切削性为100%，但该合金含约2%的铅，导电率不超过30IACS%。该合金不能满足对导电率不小于80 IACS%的导电性能要求。纯铜由于粘度较大，不宜加工或无法加工成表面光洁的元器件，在加工过程中不断屑，导致细长的屑刮伤器件表面，无法满足插接件、连接件表面光洁度的要求。因此，在此类应用中在保持高导电率前提下，易切削性就成为对铜合金比较突出的性能要求。许多年来，该领域新材料的研究主要集中于铜－氧族元素，如：Cu-S，Cu-Se，Cu-Te，Cu-Pb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、易切削性、高温硬度和软化温度等性能有待进一步改进。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种铜铋合金及其制备方法，明显改善了铜的组织结构，提高了材料的力学性能和高温强度、软化温度，并且能改善材料的易切削性能。利用添加Bi元素、真空熔炼、自由锻造、中间热处理及挤压拉拔加工等先进塑性变形的优化集成，为新型铜基电工合金材料及制品的加工提供了新途径。
本发明的技术方案是：制备一种铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.0001～3.0wt%，余量为Cu。将铜和一定重量百分比的铋经真空中频熔炼成中间合金，再将电解纯铜和上述CuBi中间合金按CuBi合金设计成分比例配好，经真空中频熔炼制备成CuBi合金锭，合金锭经过模锻、退火、挤压、拉拔等工艺加工，获得棒材或丝材等成品。其具体制备步骤包括如下：
（1）取纯度为≥99.95wt%的电解金属铜和纯度为≥99.9wt%的金属铋，按重量百分比100～200:3～1混合配料，在真空度>1×10－2Pa的条件下加热至1044～1074℃熔炼0.1～1h，自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金；
（2）将步骤（1）制得的CuBi0.5-3中间合金和高纯电解铜按重量比1: 50～200混合配料，在真空度>1×10－2Pa并充氩气保护的条件下，加热至1054～1084℃熔炼10～60分钟，自然冷却后得到CuBi合金；
（3）在100～250MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
（4）在400～800℃温度下将步骤（3）中得到的锻压半成品在真空度：>1×10－2Pa的条件下真空退火1～12h，自然冷却后获得退火态合金棒；
（5）在挤压比10～20:1，挤压温度为600～850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
（6）将步骤（5）中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuBi高导电易切削合金制品；
（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuBi高导电易切削合金制品。
所述步骤（6）中拉拔和轧制的总变形量为30～90％，热处理温度为400～800℃，时间0.5～12h。
所述CuBi0.5-3是指Cu与Bi的重量百分比为99.5～97:0.5～0.3。
本发明的优点和积极效果是：
1、过渡元素Bi能够有效地促进了Cu合金的组织细化过程，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；但过多的Bi 严重影响CuBi合金的加工性能。
2、Bi元素几乎不固溶于铜中，对合金材料的电阻率影响较小，容易满足高电导率的要求。
3、Bi元素均匀地分布于铜的晶界上，因此能改善材料的易切削性能。
4、该在铜合金中没有添加Pb、Cr等有害元素，在制备的电器元件中就不含有游离态Pb、Cr等有害元素，因此能满足欧盟绿色认证（RoHS）。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护内容不限于所述范围。
实施例1：
（1）取纯度为≥99.95wt%的电解金属铜和纯度为≥99.9wt%的金属铋，按重量百分比100:3混合配料，在真空度为1.5×10－2Pa的条件下加热至1044℃熔炼1h，自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金；
（2）将步骤（1）制得的CuBi0.5-3中间合金和高纯电解铜按重量比1:50混合配料，在真空度为1.5×10－2Pa并充氩气保护的条件下，加热至1054℃熔炼60分钟，自然冷却后得到CuBi合金；
（3）在250MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
（4）在400℃温度下将步骤（3）中得到的锻压半成品在真空度为1.5×10－2Pa的条件下真空退火1h，自然冷却后获得退火态合金棒；
（5）在挤压比10:1，挤压温度为600℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
（6）将步骤（5）中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuBi高导电易切削合金制品；拉拔和轧制的总变形量为30％，热处理温度为400℃，时间0.5h。
（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuBi高导电易切削合金制品。制得的铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.0001wt%，余量为Cu。
实施例2：
（1）取纯度为≥99.95wt%的电解金属铜和纯度为≥99.9wt%的金属铋，按重量百分比150:2混合配料，在真空度为2×10－2Pa的条件下加热至1060～℃熔炼0.1h，自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金；
（2）将步骤（1）制得的CuBi0.5-3中间合金和高纯电解铜按重量比1:100混合配料，在真空度为2×10－2Pa并充氩气保护的条件下，加热至1084℃熔炼35分钟，自然冷却后得到CuBi合金；
（3）在180MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
（4）在600℃温度下将步骤（3）中得到的锻压半成品在真空度为2×10－2Pa的条件下真空退火10h，自然冷却后获得退火态合金棒；
（5）在挤压比20:1，挤压温度为800℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
（6）将步骤（5）中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuBi高导电易切削合金制品；拉拔和轧制的总变形量为80％，热处理温度为800℃，时间12h。
（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuBi高导电易切削合金制品。铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.3wt%，余量为Cu。（结果如表所示）
实施例3：
（1）取纯度为≥99.95wt%的电解金属铜和纯度为≥99.9wt%的金属铋，按重量百分比200: 1混合配料，在真空度为3×10－2Pa的条件下加热至1074℃熔炼0.8h，自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金；
（2）将步骤（1）制得的CuBi0.5-3中间合金和高纯电解铜按重量比1:200混合配料，在真空度为3×10－2Pa并充氩气保护的条件下，加热至1060℃熔炼10分钟，自然冷却后得到CuBi合金；
（3）在100MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
（4）在800℃温度下将步骤（3）中得到的锻压半成品在真空度为3×10－2Pa的条件下真空退火12h，自然冷却后获得退火态合金棒；
（5）在挤压比15:1，挤压温度为850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
（6）将步骤（5）中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuBi高导电易切削合金制品；拉拔和轧制的总变形量为90％，热处理温度为600℃，时间10h。
（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuBi高导电易切削合金制品。铜合金材料，其化学成份为：Bi 3.0wt%，余量为Cu。
表1 CuBi0.3室温纵向力学性能指标
Claims (3)
1.一种铜铋合金，其特征在于化学成份为：Bi 0.0001～3.0wt%，余量为Cu。
2.一种铜铋合金的制备方法，其特征在于具体制备步骤包括如下：
（1）取纯度为≥99.95wt%的电解金属铜和纯度为≥99.9wt%的金属铋，按重量百分比100～200:3～1混合配料，在真空度>1×10－2Pa的条件下加热至1044～1074℃熔炼0.3～1h，自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金；
（2）将步骤（1）制得的CuBi0.5-3中间合金和高纯电解铜按重量比1: 50～200混合配料，在真空度>1×10－2Pa并充氩气保护的条件下，加热至1054～1084℃熔炼10～60分钟，自然冷却后得到CuBi合金；
（3）在100～250MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
（4）在400～800℃温度下将步骤（3）中得到的锻压半成品在真空度：>1×10－2Pa的条件下真空退火1～12h，自然冷却后获得退火态合金棒；
（5）在挤压比10～20:1，挤压温度为600～850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
（6）将步骤（5）中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuBi高导电易切削合金制品；
（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuBi高导电易切削合金制品。
3.根据权利要求书1所述的铜铋合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中拉拔和轧制的总变形量为30～90％，热处理温度为400～800℃，时间0.5～12h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120613 |