发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种铜及铜合金的高低温复合降阻处理方法。
铜及铜合金高低温复合降阻处理方法与工艺,是指深冷处理和之后的热处理以及热处理和之后的深冷处理,铜及铜合金深冷处理方法是通过细化晶粒,改善晶粒均匀性,并使铜合金中的α、β相等分布更均匀,以此提高材料的导电性能;铜及铜合金热处理方法是通过固溶和时效实现降阻的目的。本发明针对铜及铜合金的物理特性,通过增大温度控制范围,精细化调控组织,使铜材料微观结构均匀一致,达到减少输送电子散射,实现降低电阻的目的。
在高低温复合实现降阻的过程中,包括热处理和深冷处理,其中:
所述热处理工艺:热处理温度为400~650℃,温控误差为±2℃~±10℃,时间为2~4小时。
所述深冷处理工艺:深冷温度为-190℃~-150℃,温控误差为±2℃~±10℃,深冷时间为4~8小时。
在具体实施时,可在以下两种模式中进行选择(1)“冷热冷热”的循环处理模式,即首先将铜及铜合金进行深冷处理,深冷后在空气中自然升温至室温(即20~25℃),然后将深冷处理后升至室温的试样进行升温热处理,热处理后在空气中自然降温至室温(即20~25℃),再顺序进行深冷和热处理,如此循环;(2)“热冷热冷”的循环处理模式,即首先将铜及铜合金进行热处理,热处理后在空气中自然降温至室温(即20~25℃),然后将热处理后降至室温的试样进行深冷处理,深冷后在空气中自然升温至室温(即20~25℃),再顺序进行热处理和深冷,如此循环。
所述热处理时的升温速度为5-20℃/min。
所述深冷处理时的降温速度为5~10℃/min。
本发明的方法在保持材料的原始成分和尺寸基础上,通过调整微观组织结构,使铜合金的导电性能得到提高。该方法简单,工艺易于操控,适合于工业化的推广和使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
铜及铜合金的高低温复合处理工艺中深冷处理是利用中国科学院理化技术研究所研制的SLX型深冷处理系统进行的,深冷系统由深冷箱、控制箱、液氮罐、液氮泵及真空输液管、计算机及控制软件组成。工作时,将工件置入深冷箱内,在计算机或控制箱上编制工艺程序后,系统自动运行,程序运行结束后系统自动停止。整个运行无需人工干预,操作方便,使用可靠。该系统温度控制范围:-196℃~室温;控温精度:±2℃,温度平衡后0.5h;降温速率:0.1~10℃/min(非标可达40℃/min)。铜及铜合金的高低温复合处理工艺中热处理是利用天津市中环实验电炉有限公司生产的SX节能箱式电炉。电阻仪器为北京海淀三鑫测控新技术公司生产的TG感性负载直阻速测欧姆计。
实施例1 铬锆铜合金高低温复合处理
铬锆铜合金为带孔洞的圆柱形试样,尺寸为23mm×Φ12.65mm,所用合金元素成分如下表所示:
(1)在深冷处理箱中进行深冷处理,温控误差为±10℃,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃);将深冷后试样在箱式热处理炉中进行热处理,热处理后放置在空气中自然降温到室温(即20~25℃)。
(2)在箱式热处理炉中进行时效热处理,热处理后放置在空气中自然降温至室温(即20~25℃),将热处理后试样在深冷箱中进行深冷处理,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃)。
所述热处理时的升温速度为5℃/min。所述深冷处理时的降温速度为10℃/min。
将所测电阻值通过计算加入系统测量误差后列入下表:
编号 |
处理工艺 |
电阻值(mΩ) |
与母材变化率(%) |
1 |
母材 |
118.90 |
0 |
2 |
深冷-185℃6小时+热处理600℃3小时 |
114.33 |
-3.84 |
3 |
深冷-150℃4小时+热处理400℃2小时 |
116.57 |
-1.96 |
4 |
深冷-160℃8小时+热处理450℃4小时 |
116.43 |
-2.08 |
5 |
深冷-165℃5小时+热处理550℃3小时 |
115.96 |
-2.47 |
6 |
深冷-190℃7小时+热处理650℃4小时 |
115.66 |
-2.72 |
7 |
热处理465℃3小时+深冷-185℃6小时 |
115.45 |
-2.90 |
8 |
热处理600℃3小时+深冷-185℃6小时 |
115.34 |
-2.99 |
9 |
热处理650℃2小时+深冷-150℃6小时 |
116.77 |
-1.79 |
10 |
热处理500℃4小时+深冷-160℃8小时 |
115.84 |
-2.57 |
11 |
热处理550℃3小时+深冷-170℃5小时 |
115.67 |
-2.72 |
12 |
热处理400℃4小时+深冷-190℃4小时 |
115.63 |
-2.75 |
从表中可以看出,通过高低温复合处理工艺,可以使铬锆铜合金的电阻下降最多达3.84%。
实施例2 纯铜软态导线高低温复合处理
纯铜软态导线的尺寸为200mm×Φ3mm,纯度为99.96%。纯铜软态导线型号为TR-3.0GB 3954-83。
(1)在深冷处理箱中进行深冷处理,温控误差为±2℃,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃);将深冷后试样在箱式热处理炉中进行热处理,热处理后放置在空气中自然降温到室温(即20~25℃)。
(2)在箱式热处理炉中进行时效热处理,温控误差为±2℃,热处理后放置在空气中自然降温至室温(即20~25℃),将热处理后试样在深冷箱中进行深冷处理,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃)。
所述热处理时的升温速度为20℃/min。所述深冷处理时的降温速度为10℃/min。
将进行误差计算后所得电阻率列入下表:
编号 |
处理工艺 |
电阻率(Ω·mm2/m) |
与母材变化率(%) |
1 |
母材 |
0.01714 |
0 |
2 |
深冷-185℃6小时+热处理600℃3小时 |
0.01586 |
-7.47 |
3 |
深冷-150℃4小时+热处理400℃2小时 |
0.01616 |
-5.72 |
4 |
深冷-160℃8小时+热处理450℃4小时 |
0.01614 |
-5.83 |
5 |
深冷-165℃5小时+热处理550℃3小时 |
0.01610 |
-6.07 |
6 |
深冷-190℃7小时+热处理650℃4小时 |
0.01606 |
-6.30 |
7 |
热处理465℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.01594 |
-7.00 |
8 |
热处理600℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.01589 |
-7.29 |
9 |
热处理650℃2小时+深冷-150℃6小时 |
0.01646 |
-3.98 |
10 |
热处理500℃4小时+深冷-160℃8小时 |
0.01616 |
-5.72 |
11 |
热处理550℃3小时+深冷-170℃5小时 |
0.01608 |
-6.18 |
12 |
热处理400℃4小时+深冷-190℃4小时 |
0.01598 |
-6.77 |
从表中可以看出,通过高低温复合处理工艺,可以使纯铜软态导线的电阻率下降最多达7.47%。
实施例3 纯铜硬态导线高低温复合处理
纯铜硬态导线的尺寸为200mm×Φ3mm,纯度为99.96%。纯铜硬态导线型号为TY-3.0GB 3954-83。
(1)在深冷处理箱中进行深冷处理,温控误差为±5℃,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃);将深冷后试样在箱式热处理炉中进行热处理,热处理后放置在空气中自然降温到室温(即20~25℃)。
(2)在箱式热处理炉中进行时效热处理,温控误差为±5℃,热处理后放置在空气中自然降温至室温(即20~25℃),将热处理后试样在深冷箱中进行深冷处理,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃)。
所述热处理时的升温速度为10℃/min。所述深冷处理时的降温速度为5℃/min。
将进行误差计算后所得电阻率列入下表:
编号 |
处理工艺 |
电阻率(Ω·mm2/m) |
与母材变化率(%) |
1 |
母材 |
0.01766 |
0 |
2 |
深冷-185℃6小时+热处理600℃3小时 |
0.01633 |
-7.53 |
3 |
深冷-150℃4小时+热处理400℃2小时 |
0.01683 |
-4.70 |
4 |
深冷-160℃8小时+热处理450℃4小时 |
0.01664 |
-5.78 |
5 |
深冷-165℃5小时+热处理550℃3小时 |
0.01656 |
-6.23 |
6 |
深冷-190℃7小时+热处理650℃4小时 |
0.01644 |
-6.91 |
7 |
热处理465℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.01638 |
-7.25 |
8 |
热处理600℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.01635 |
-7.42 |
9 |
热处理650℃2小时+深冷-150℃6小时 |
0.01710 |
-3.17 |
10 |
热处理500℃4小时+深冷-160℃8小时 |
0.01699 |
-3.79 |
11 |
热处理550℃3小时+深冷-170℃5小时 |
0.01653 |
-6.10 |
12 |
热处理400℃4小时+深冷-190℃4小时 |
0.01639 |
-7.19 |
从表中可以看出,通过高低温复合处理工艺,可以使纯铜硬态导线的电阻率下降最多达7.53%。
实施例4 铍铜合金高低温复合处理
铍铜合金为圆柱形试样,尺寸为13.50mm×Φ20.00mm,所用合金为Cu-2Be-0.3Ni。
(1)在深冷处理箱中进行深冷处理,温控误差为±5℃,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃);将深冷后试样在箱式热处理炉中进行热处理,热处理后放置在空气中自然降温到室温(即20~25℃)。
(2)在箱式热处理炉中进行时效热处理,温控误差为±5℃,热处理后放置在空气中自然降温至室温(即20~25℃),将热处理后试样在深冷箱中进行深冷处理,深冷后放置在空气中自然升温至室温(即20~25℃)。
所述热处理时的升温速度为15℃/min。所述深冷处理时的降温速度为10℃/min。
将进行误差计算后所得电阻率列入下表:
编号 |
处理工艺 |
电阻率(Ω·mm2/m) |
与母材变化率(%) |
1 |
母材 |
0.186 |
0 |
2 |
深冷-185℃6小时+热处理600℃3小时 |
0.172 |
-7.53 |
3 |
深冷-150℃4小时+热处理400℃2小时 |
0.182 |
-2.15 |
4 |
深冷-160℃8小时+热处理450℃4小时 |
0.178 |
-4.30 |
5 |
深冷-165℃5小时+热处理550℃3小时 |
0.172 |
-7.53 |
6 |
深冷-190℃7小时+热处理650℃4小时 |
0.173 |
-6.99 |
7 |
热处理465℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.174 |
-6.45 |
8 |
热处理600℃3小时+深冷-185℃6小时 |
0.173 |
-6.99 |
9 |
热处理650℃2小时+深冷-150℃6小时 |
0.177 |
-4.84 |
10 |
热处理400℃4小时+深冷-160℃4小时 |
0.176 |
-5.38 |
11 |
热处理500℃4小时+深冷-170℃8小时 |
0.175 |
-5.91 |
12 |
热处理550℃3小时+深冷-190℃5小时 |
0.173 |
-6.99 |
从表中可以看出,通过高低温复合处理工艺,可以使铍铜合金的电阻率下降最多达7.53%。
上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。