CN102492869B

CN102492869B - 一种铜锆铋合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102492869B
Application number: CN201110440600.6A
Authority: CN
Inventors: 陈亮维; 史庆南; 易健宏; 竺培显; 左孝青
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN102492869A

Abstract

本发明涉及一种新型高强高导易切削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份为：0.001～6.0Zr，0.0001～3.0Bi，余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆，分别经真空中频熔炼成中间合金，再将电解铜、CuBi和CuZr中间合金按合金设计成分比例配好，真空中频熔炼成CuZrBi合金锭；合金锭再经过模锻、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80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点，特别是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杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。

Description

一种铜锆铋合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强高导电易切削铜基合金及其制备方法，属铜基电工合金材料。

背景技术

高强高导易切削铜合金是指在具有较高的室温抗拉强度、优良的导电性能易切削表面光洁度极高的合金。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。国内外这类合金按其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； (2)中强高导电铜合金，抗拉强度350～550MPa，导电率70～98％IACS；

(3)高强中导电铜合金，抗拉强度700～800MPa，导电率40～50％IACS；

(4)超高强低导电铜合金，抗拉强度≥900MPa，导电率＝10～30％IACS；

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。此外，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、连接件表面高光洁度的要求。因此，在此类应用中在保持高导电率和高强度的前提下，易切削性就成为对铜合金比较突出的性能要求。近年来，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，提供了一种铜铋锆合金及其制备方法，在CuBi合金的发明基础上,再添加对导电性能影响也较小,又能较好提高强度的Zr元素,形成了新的铜基电工合金材料,能满足某些特殊用户需要。

本发明的技术方案是，制备特种铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.0001～3.0wt%，Zr 0.001～6.0wt%，余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆，分别经真空中频熔炼成中间合金，再将电解铜、CuBi和CuZr中间合金按合金设计成分比例配好，真空中频熔炼成CuZrBi合金锭；合金锭再经过模锻、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）先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3～200:1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CuBi_0.5-3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6～100:1混合配料，在真空度>1×10^－2Pa的条件下加热至1060～1100℃熔炼0.1～1h，自然冷却后得到CuZr_1-6中间合金;

（2）将步骤（1）制得的CuBi_0.5-3、CuZr_1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5～3：1～6：100～200混合配料，在真空度>1×10^－2Pa的条件下，加热至1050～1100℃熔炼0.1～1h，自然冷却后得到CuZrBi合金;

（3）在100～600MPa压力下将步骤（2）所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；

（4）在500～800℃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10～25:1，挤压温度为700～850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuZrBi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CuZrBi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CuZrBi高强高导电易切削合金制品。

所述电解铜的纯度为≥99.95%，金属铋的纯度为≥99.9%，金属锆的纯度为≥99.7%。

所述步骤（6）中拉拔和轧制的总变形量为25～90％，热处理温度为400～800℃，时间1～12h。

本发明的优点和积极效果：

（1）高熔点金属Zr与铜形成固溶体外还可能形成多相金属间化合物，有效地促进了Cu合金的晶粒组织细化，明显改善了铜合金的微观组织结构，提高了铜合金的力学性能和高温强度、软化温度。

（2）低熔点金属Bi与铜几乎不共溶，只能均匀地分布于铜的晶界上，对合金材料的电阻率影响较小，并且能改善材料的易切削性能。

（3）高熔点金属Zr与金属Bi、Cu都有一定的固溶度。这能使Bi通过Zr进入Cu的晶粒内部，进一步加强易切削性能。

（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）。

（5）该合金材料具有导电率大于80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点，特别是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：

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）先将金属铜与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1074℃熔炼0.1h，自然冷却后得到CuBi_0.5-3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6混合配料，在真空度为1.5×10^－2Pa的条件下加热至1060℃熔炼1h，自然冷却后得到CuZr_1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%，金属铋的纯度为≥99.9%，金属锆的纯度为≥99.7%。

（2）将步骤（1）制得的CuBi_0.5-3、CuZr_1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5： 6：100混合配料，在真空度为1.5×10^－2Pa的条件下，加热至1050℃熔炼1h，自然冷却后得到CuZrBi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500℃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700℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuZrBi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CuZrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为25％，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CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.0001wt%，Zr 6.0wt%，余量为Cu。

实施例2：

（1）先将金属铜与金属铋按重量百分比200:1混合配料，在真空度为2×10^－2Pa的条件下加热至1044℃熔炼1h，自然冷却后得到CuBi_0.5-3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:1混合配料，在真空度为2×10^－2Pa的条件下加热至1100℃熔炼0.1h，自然冷却后得到CuZr_1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%，金属铋的纯度为≥99.9%，金属锆的纯度为≥99.7%。

（2）将步骤（1）制得的CuBi_0.5-3、CuZr_1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比3：1： 200混合配料，在真空度为2×10^－2Pa的条件下，加热至1100℃熔炼0.1h，自然冷却后得到CuZrBi合金;

（3）在600MPa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5:1，挤压温度为850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuZrBi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CuZrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为80％，热处理温度为400℃，时间1h。

（7）根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为：Bi 0.3wt%，Zr 1.5wt%，余量为Cu。（结果如表1所示）

实施例3：

（1）先将金属铜与金属铋按重量百分比150：2混合配料，在真空度为3×10^－2Pa的条件下加热至1066℃熔炼0.8h，自然冷却后得到CuBi_0.5-3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:3混合配料，在真空度为3×10^－2Pa的条件下加热至1090℃熔炼0.8h，自然冷却后得到CuZr_1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%，金属铋的纯度为≥99.9%，金属锆的纯度为≥99.7%。

（2）将步骤（1）制得的CuBi_0.5-3、CuZr_1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比1：5：160混合配料，在真空度>1×10^－2Pa的条件下，加热至1080℃熔炼0.8h，自然冷却后得到CuZrBi合金;

（3）在500MPa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CuZrBi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CuZrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为90％，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CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为：Bi 3.0wt%，Zr 0.001wt%，余量为Cu。

表1. Cu Zr_1.5Bi_0.3室温纵向力学性能指标

Claims

1.一种铜铋锆合金的制备方法，其特征在于具体制备步骤包括如下：

（1）先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3～200:1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CuBi_0.5-3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6～100:1混合配料，在真空度>1×10^－2Pa的条件下加热至1060～1100℃熔炼0.1～1h，自然冷却后得到CuZr_1-6中间合金；

（2）将步骤（1）制得的CuBi_0.5-3、CuZr_1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5～3：1～6：100～200混合配料，在真空度>1×10^－2Pa的条件下，加热至1050～1100℃熔炼0.1～1h，自然冷却后得到CuZrBi合金；

（5）在挤压比10～25:1，挤压温度为700～850℃的条件下，将步骤（4）中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材半成品；

（6）将步骤（5）中得到的半成品加工成管材、棒材或片材后，根据的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品；

2.根据权利要求1所述的铜铋锆合金的制备方法，其特征在于：所述电解铜的纯度为≥99.95%，金属铋的纯度为≥99.9%，金属锆的纯度为≥99.7%。

3.根据权利要求1所述的铜铋锆合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中拉拔和轧制的总变形量为25～90％，热处理温度为400～800℃，时间1～12h。