CN103074518A - 一种高强高导电易切削铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强高导易切削铜合金材料及其制备方法，其特点是该铜合金的化学成分按重量百分比计为 Pb：0.6～1.5，Ni：0.6～1.5，P：0.1～0.5，R：0.01～0.05，Cu余量，R为微量元素镧或铈中的一种或二种。其制备方法包括熔炼，挤压，清洗，冷加工与退火步骤。其加工成的棒线材产品抗拉强度550～620MPa，屈服强度490～560MPa，电导率≥50%IACS，切削加工性能70%（以HPb63-3为100%相比较），延伸率≥3%。该铜合金材料具有高强高导易切削等性能，生产过程无毒环保，可取代生产过程有剧毒物质产生的铍铜合金材料使用。

Description

一种高强高导电易切削铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉涉及一种高强高导电易切削铜合金材料及其制备方法。属于合金材料的制备领域。

背景技术

随着人类社会的不断发展，科技日新月异，大量的高新精密设备仪器对其所使用的零部件提出了极高的要求，尤其是在使用强度，电导率及切削性方面。高的使用强度，决定了材料的耐磨性及机械使用寿命，电导率决定了材料在作为零部件时对电信号的传导性能及散热性。电导率越高，对电信号衰减作用越小，散热性能越好；切削性，决定了材料是否可以进行精密加工，在当今设备小型化，设备制造自动化的大趋势下，材料是否可以进行精密加工便显得非常重要。

满足上述要求的铜合金材料，广泛应用于电子接插件、航空连接器、耐磨零部件等领域。传统意义上，人们使用铍铜材料作为主要制备材料，国内牌号主要有QBe2，QBe1.7，QBe1.9。铍铜材料的使用强度，可达到1000MPa以上，但是其导电率低下，通常不足20%，切削性不佳，与HPb63-3相比不足20%。同时，由于铍元素为稀缺元素，铍的氧化物有剧毒，因此熔炼仅能采用真空熔炼，技术复杂，危害性大且成本高昂。

为进行产品升级，技术换代，国家在十二五发展规划中明确提出了研发新兴高强高导无毒铜合金材料以取代铍铜材料的要求，笔者及所在的四川鑫炬矿业资源开发股份有限公司积极相应号召，以四川所特有的稀土资源为依托，开发出了拥有完全自助知识产权的高强高导易切削铜合金材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供高导电易切削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Pb、Ni、P、R（稀土元素），制备多元铜合金材料，以满足应用行业对高强高导易切削铜合金材料的需求。其中合金元素镍在其中与铜行程连续固溶体，极大地增加了合金材料的强度，合金元素铅为颗粒状分布于晶界上，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，均为质量份数。

高强高导电易切削铜合金材料的化学成分按重量百分比计为：

R为微量元素镧或铈中的一种或二种。

高强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

将铅0.6～1.5 wt%，镍0.6～1.5 wt%及余量铜，加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1100～1300℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入CuP14中间合金0.1～0.5 wt%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，加热至温度为750～850℃，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15～20%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）冷拉加工与退火

为得到一定强度的铜合金材料，必须将上述清洗后的挤压坯进行冷拉加工，进行冷拉加工前的挤压坯与冷拉加工后的冷拉型材之间的变形量不低于60%，由于冷拉变形量较大，因此每进行一次20%～30%冷拉变形后，再进行一次退火处理，退火温度600℃～700℃，保温时间15～20min；

（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；.

（6）样品检测，成品包装入库

样品进行物理性能和机械加工性能检测，成品包装入库。

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、屈服强度、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、在相同条件和环境下，本发明产品与国内牌号为QBe2，QBe1.7，QBe1.9的铍铜合金材料相比，具有以下优点：

（1）其强度与铍铜合金材料接近，其导电率≥50%IACS，远大于铍铜合金（通常不足20%IACS），其切削性能达到70%（以HPb63-3为100%相比较），远大于铍铜合金（通常不足20%），可替代铍铜广泛应用于电子接插件、航空连接器、耐磨零部件等领域。

（2）由于铍元素为稀缺元素，价格昂贵，本发明产品原料成本较铍铜下降50%～60%。

（3）铍铜合金熔炼在熔炼过程中，会有铍的氧化物剧毒物质产生，严重污染环境和损害生产人员身体健康，本发明产品生产加工过程安全环保。

2、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、高强高导易切削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棒材的物理性能与机械加工性能检测结果如表3所示。

表1 高强高导易切削铜合金材料的制备

表2 铸锭的化学成分检测结果

表3 Φ11.5mm棒材的物理性能与机械加工性能检测结果

注: 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)

1.一种高强高导电易切削铜合金材料，其特征在于该铜合金材料的化学成分按重量百分比计为：

R为微量元素镧或铈中的一种或二种。

2.如权利1所述高强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

将铅0.6～1.5 wt%，镍0.6～1.5 wt%及余量铜，加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1100～1300℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入CuP14中间合金0.1～0.5 wt%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，加热至温度为750～850℃，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15～20%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）冷拉加工与退火

为得到一定强度的铜合金材料，必须将上述清洗后的挤压坯进行冷拉加工，进行冷拉加工前的挤压坯与冷拉加工后的冷拉型材之间的变形量不低于60%，由于冷拉变形量较大，因此每进行一次20%～30%冷拉变形后，再进行一次退火处理，退火温度600℃～700℃，保温时间15～20min；

（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；.

（6）样品检测，成品包装入库

样品进行物理性能和机械加工性能检测，成品包装入库。

3.如权利要求2所述高强高导电易切削铜合金材料的制备方法，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所述高强高导电易切削铜合金材料的制备方法，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。