CN103074515A - 一种新型高导电易切削硒铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高导电易切削硒铜合金及其制备方法，其特点是该铜合金的化学成分按重量百分比计为Se为0.2～0.5，R为0.01～0.05，P为0.004～0.012，Cu余量，R为微量元素镧（La）或铈（Ce）中的至少一种或二种。其制备方法包括熔炼，挤压，清洗，冷加工与退火加工步骤。其加工成的棒线材产品抗拉强度≥280Mpa，电导率≥88%IACS，切削加工性能≥85%（以HPb63-3为100%相比较），延伸率≥15%。该铜合金材料具有高强高导易切削等性能，可取代美国牌号C14500产品使用。

Description

一种新型高导电易切削硒铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型高导电易切削硒铜合金材料及其制备办法，

背景技术

随着社会的发展，科技的进步，人们生产生活中所使用的机器设备越来越精密，结构越来越复杂，但其中电器部分绝大多数采用的材料仍然为铜材，为了满足设备精密度，也就对这些关键的电器部分元器件外形加工的精细程度提出了更高的要求。普通的纯铜，虽然有着很好的导电性能，但是其加工性能不佳，不能满足设备部件精加工的需要。

二次世界大战后，随着碲元素的广泛应用，易切削铜合金开始出现，以C14500铜合金为代表的易切削合金材料出色地解决了高导电率铜材加工难的问题。但是，碲作为一种储量稀少且受电解铜产量影响巨大的金属材料，不仅价格昂贵提高了合金材料的生产成本，而且受电解铜产量影响巨大，严重制约了其使用范围，只能作为高端的特种铜合金使用（见《C14500铸锭生产工艺讨论》胡霞萍，上海有色金属，2003,24(2),P74-P77）。

为了解决市场需求巨大，而高导电易切削铜合金成本高产量低的问题，本发明提出了一种可以替代C14500碲铜合金材料的新型特种铜合金，其导电率达到90%以上，切削性道道H63－3的80%以上，成本相对C14500降低5000～10000元/吨，适宜大规模生产使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供提供一种高导电易切削硒铜合金材料及其制备方法。其特点是以工业纯铜为基体，添加适量的Se、P、R（微量的稀土元素），制备多元铜合金材料，以满足行业对高导电易切削铜合金材料的需求。其中合金元素硒与铜在组织结构中形成脆性的半导体材料Cu2Se分布于晶界上，润滑晶界增加其切削性能。合金元素稀土则进一步细化晶粒，强化晶界，使合金材料整体性能得到极大提升。根据国家铜合金牌号标准，确定牌号为QSe0.3，作为C14500碲铜合金的换代产品。该铜合金的制备方法包括熔炼，挤压，清洗，冷加工与退火等加工步骤。具有简单易行、节约成本、节能环保的优点。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

新型高导电易切削硒铜合金材料的化学成分按重量百分比计为：

Se     0.2～0.5

R     0.01～0.05

P     0.004～0.012

Cu      余量

R为微量元素镧或铈中的一种或二种。

新型高导电易切削铜合金材料的制备方法包括以下步骤：

（1）熔炼

将纯度为99.99 % 电解铜余量加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1100～1200℃，使熔化成为纯铜液，待熔液澄清后，加入硒铜中间合0.2～0.5wt%，升温至1250～1300℃，保温15～20min，再加入CuP14中间合金0.004～0.012wt%及微量元素镧或铈0.01～0.05 wt%，保温15～20min，用水冷浇铸成锭，得到的铸锭表面必须光滑，无气孔，无夹杂，无肉眼可见缺陷；

（2）挤压

将上述熔炼的铜合金铸锭，经车削定径后放入加热炉中，加热至850～900℃，保温0.5～1h，再将铸锭取出，置入卧式挤压机内进行挤压变形加工，得到各类型材的挤压坯；

（3）清洗

将上述挤压坯置于浓度为10%～20 wt %的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层，该铜合金表面应呈淡红色，类似于普通纯铜表面；

（4）冷拉加工

将上述铜合金材料进行冷拉加工，加工率由客户所指定的冷拉加工状态而定，通常情况下分为硬态、半硬态两种；

（5）退火与矫直

将上述冷拉变形后的型材置于退火炉内，于温度200～300℃退火去应力；然后在矫直设备上进行矫直处理，铜合金材料弯曲度低于1mm/m；.

（6）包装入库

按客户要求进行定尺，包装入库。

所述熔炼炉为中频炉、半连续工频炉或水平连铸炉中的任一种。

所述挤压加热为中频感应加热、电阻丝加热、燃油加热或燃气加热中的任一种。

性能测试

1、化学成分检测采用GB/T 5121（所有部分）对铜及铜合金化学分析方法

2、导电率检测采用YS/T 478-2005 对铜及铜合金导电率涡流检测方法

3、洛氏硬度检测采用GB/T 23 1-2002对金属洛氏硬度试验（试验方法）

4、抗拉强度、延伸率等检测采用GB/T 228-2002 对金属材料 室温拉伸试验方法

本发明具有以下优点：

1、本发明硒铜合金材料性能全面优于美国ASTM B301M C14500产品标准，可以替换C14500产品在行业中的应用。

2、本发明采用硒元素，资源丰富，价格较碲元素低，相比较C14500产品生产成本度幅度降低，产品价格具有竞争优势，有广阔的市场应用前景。

3、我国稀土资源丰富，本发明开拓了稀土资源利用的新用途。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整。

实施例

1、新型高导易切削硒铜合金材料制备的实施例如表1所示。

2、熔炼铸锭的化学成分检测结果如表2所示。

3、铸锭经热挤压、冷拉和退火等工艺加工成Φ11.5mm棒材（半硬态）的物理性能与机械加工性能检测结果如表3所示。

表1 新型高导易切削硒铜合金材料的制备

表2 铸锭的化学成分检测结果

表3 Φ11.5mm棒材（半硬态）的物理性能与机械加工性能检测结果

注1：硒铜中间合金的制备方法，参见中国专利ZL201110190457.X《一种硒铜中间合金的制备方法》

(1)将纯度为99～99.999wt％的硒1～3份，还原剂0.5～1.2份加入带有搅拌器和温度计的反应釜中，真空度为0.05～0.1MPa，于温度200～300℃反应0.5～1h.获得硒化合物；(2)将上述硒化物与水按固液比1∶2～10质量比加入反应釜中，搅拌、混合、使之溶解，然后加入沉淀剂2～3份，于温度50～100℃，使其充分沉淀后，过滤、干燥，获得硒铜中间合金。

注2：CuP14中间合金的制备方法，参见中国专利ZL 2008 1 0148006.8《一种磷铜中间合金的制备方法》

选用高抗热震性的复合陶瓷中间包，将赤磷10～15wt％，采用一层磷一层草木灰隔离叠成，每层用锤压紧，最上层用炭化稻谷复盖，在陶瓷中间包的中部向下开设多个小孔，以供高温铜液穿流；将工业纯铜85～90wt％逐步放入中频感应电炉内，待固态铜熔清后，升温至 1200～1250℃，再将高温铜液缓慢倒入陶瓷中间包，铜液通过包内的小孔从上而下渗入磷层，用石墨棒搅动，整个操作达7～10分钟，保持包内的合金液的温度不得降至凝固奌，再将合金液倒入钢模内，冷却凝固成型，取样检验化学成份和杂质含量，品质合格产品进行过秤、包装。

Claims (4)

1.一种新型高导电易切削硒铜合金材料，其特征在于该硒铜合金材料的化学成分按重量百分比计为：

Se     0.2～0.5

R     0.01～0.05

P     0.004～0.012

Cu      余量

R为微量元素镧或铈中的一种或二种。

2.如权利1所述新型高导电易切削铜合金材料的制备方法，其特征在于该方法包括

以下步骤：

（1）熔炼

将纯度为99.99 % 电解铜余量加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1100～1200℃，使熔化成为纯铜液，待熔液澄清后，加入硒铜中间合0.2～0.5wt%，升温至1250～1300℃，保温15～20min，再加入CuP14中间合金0.004～0.012wt%及微量元素镧或铈0.01～0.05 wt%，保温15～20min，用水冷浇铸成锭，得到的铸锭表面必须光滑，无气孔，无夹杂，无肉眼可见缺陷；

（2）挤压

将上述熔炼的铜合金铸锭，经车削定径后放入加热炉中，加热至850～900℃，保温0.5～1h，再将铸锭取出，置入卧式挤压机内进行挤压变形加工，得到各类型材的挤压坯；

（3）清洗

将上述挤压坯置于浓度为10%～20 wt %的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层，该铜合金表面应呈淡红色，类似于普通纯铜表面；

（4）冷拉加工

将上述铜合金材料进行冷拉加工，加工率由客户所指定的冷拉加工状态而定，通常情况下分为硬态、半硬态两种；

（5）退火与矫直

将上述冷拉变形后的型材置于退火炉内，于温度200～300℃退火去应力；然后在矫直设备上进行矫直处理，铜合金材料弯曲度低于1mm/m；

（6）包装入库

按客户要求进行定尺，包装入库。

3.如权利要求2所述新型高导电易切削硒铜合金材料，其特征在于熔炼炉为中频炉、半连续工频炉或水平连铸炉中的任一种。

4.如权利要求2所述新型高导电易切削硒铜合金材料，其特征在于挤压加热为中频感应加热、电阻丝加热、燃油加热或燃气加热中的任一种。