CN103469007A - 高级端子连接器用铜合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高级端子连接器用铜合金及其制备方法和应用，其成分及其质量百分比含量为：磷0.05%～0.3%，碲0.05%～0.6%，镍0.5%～2.5%，锡0.05%～0.3%，镁0.05%～0.25%，铈0.05%～0.15%，余量为铜。制备方法，依次包括以下步骤：成分配料；熔铸：采用中频感应电炉，按顺序加入磷铜中间合金、镍、碲、锡、镁、铈，在高温下熔解并经电磁搅拌使成份均匀分布，温度升高出炉；采用立式丝杆连续振动固溶铸锭；压力加工：铸锭加热，挤压机反向挤压，固溶，冷加工硬化，热处理时效。该铜合金还可应用于电接触材料中。本发明的合金材料具有高强度、高导电性和高抗电弧侵蚀性，以及良好的加工性。

Description

高级端子连接器用铜合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于合金材料领域，尤其涉及用于高强高导抗电弧蚀的接线柱铜合金。

背景技术

国内外大功率起动电机上的接线柱端子通常采用的是银铜、铜镍硅材料。该类材料在频繁的大电流起动中，接线端子受电弧及冲击力，容易发生弧蚀粘结，从而造成故障。高强高导铜合金，因其材料具有较高的强度和较高的导电性，并具有高温下保持高的强度而应用于大电流的电接触零部件，该材料要求具有抗高温软化性、良好的导电性，同时要有抗高温氧化性和大电流下频繁断开接触的电弧侵蚀性。高温大电流工作条件下的端子电接线柱的要求越来越高，反过来又依赖于合金材料性能的提高，尤其是高强高导铜合金等抗高温软化、氧化、电弧侵蚀，并保持高的强度的这些材料。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种适用大电流条件的接线柱端子的合金材料及其制备方法，以及该合金材料的应用，该合金材料具有高强度、高导电性和高抗电弧侵蚀性，以及良好的加工性。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高级端子连接器用铜合金，其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.05%～0.3%

碲            0.05%～0.6%

镍            0.5%～2.5%

锡            0.05%～0.3%

镁            0.05%～0.25%

铈            0.05%～0.15%

余量为铜。

所述余量铜包括微量杂质，这些杂质通常为铁、铬、钛、锌、硅、铅、镉、铝、鋯、砷、锑、硫、氧、氢等。

作为选择，高级端子连接器用铜合金，其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.12%～0.25%

碲            0.2%～0.5%

镍            0.8%～1.8%

锡            0.1%～0.3%

镁            0.08%～0.25%

铈            0.05%～0.08%

余量为铜。

作为进一步选择，高级端子连接器用铜合金，其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.18%～0.23%

碲            0.2%～0.4%

镍            1.2%～1.5%

锡            0.15%～0.25%

镁            0.1%～0.2%

铈            0.05%～0.08%

余量为铜。

本发明合金材料中，加镍的目的是强化铜的基体，改善加工性，镍与铜无限互溶，镍的量低了强化不够，太高则降低材料的导电性。碲的加入改善了合金材料的切削性能，最重要的是加入碲后，显著降低了合金材料的电弧粘连性，但太低效果不明显，太高则材料冷加工时产生脆性。磷是铜合金的良好脱氧剂，增加了合金熔体的流动性，改善合金的工艺性能和机械性能，特别是本方案中，磷既与镍生成强化相，磷也与锡生成强化相，进一步提高基体材料的力学性能。本方案过量的磷控制了合金中氧对其他元素的氧化，并细化晶粒，磷化物有高的硬度、耐磨性和良好的研磨性，但太高则严重降低其导电性。锡对该合金具有沉淀硬化效果，但过高则恶化合金材料的热加工性。微量的镁提高合金的机械性能，并提高合金材料的高温抗氧化性，过高则降低材料的导电性。微量的稀土铈能细化晶粒，并与熔体中有害金属氧化物生成复合物从而净化基体材料。

一种前述高级端子连接器用铜合金的制备方法，依次包括以下步骤：

A、成分配料：按配比配料；

B、熔铸：采用中频感应电炉，按顺序加入磷铜中间合金、镍、碲、锡、镁、铈，在高温下熔解并经电磁搅拌使成份均匀分布，经炉前取样成分分析合格后，温度升至1220℃～1280℃出炉；采用立式丝杆连续振动固溶铸锭，铸造温度1200℃～1250℃；

C、压力加工：铸锭加热930℃～960℃，挤压机反向挤压，820℃～850℃固溶，冷拉拔40～60%硬化，热处理时效250℃～400℃。

本发明的工艺过程，相对现有技术，传统的铜合金生产是工频有芯感应电炉熔炼，立式半连续铸造锭坯，而本发明的熔铸工艺，采用中频感应电炉熔炼，中频炉可达更高的熔炼温度，同时电磁搅拌更佳，因该合金需高温熔炼；按顺序加入各组分，利用中频感应磁场，使其在高温下熔解并使成分均匀分布。铸锭采用结晶器振动铸造，以僻免成份偏析及悬挂。另外，传统压力加工方法采用挤压机正向挤压，本发明采用反向挤压工艺，克服了正向挤压材料前后性能不均以及正向挤压材料缩尾缺陷，同时又降低了挤压力，从而增加锭坯重量，使综合成材率极大的提高，保证了材料的性能，降低了生产成本。同时，传统方式成材率低，其强化相沿晶界析出，而本发明中该材料最终经时效处理后，其导电性和塑性都得到了极大的提高，而强度不变。

前述铜合金除了在本发明的特定的高强高导抗电弧蚀的接线柱中应用，还可广泛应用于电接触材料中，该电接触材料是指电器开关的触头，电器连接件等。

本发明的有益效果：本发明的镍碲铜合金材料耐高温、抗弧蚀，并有高温下高强度的特点，可适用于大电流接线柱端子。该方法成功地将高强高导抗电弧蚀铜合金应用于汽车、电机、电器大电流接线柱及端子零部件。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

在本发明中，我们先后试加硅、铁、铝等元素，发现材料强度虽高，但其导电性和加工性较低，在碲的量控制，反复从低到高对比其抗电弧形和加工性才能得到现在的合理量。在工艺过程及控制则做了工频有芯感应电炉与中频感应电炉熔炼对熔体质量影响的比较，挤压过程则做了正向挤压与反向挤压对材料质量影响比较，最终确定了现在的成分和工艺控制。

本发明的高级端子连接器用铜合金的制备方法，依次包括以下步骤：

A、成分配料：按配比配料；

B、熔铸：采用中频感应电炉，按顺序加入磷铜中间合金、镍、碲、锡、镁、铈，在高温下熔解并经电磁搅拌使成份均匀分布，经炉前取样采用直读光谱仪快速成分分析合格后，温度升至1220℃～1280℃出炉；采用立式丝杆连续振动固溶铸锭，铸造温度1200℃～1250℃；

C、压力加工：铸锭加热930℃～960℃，挤压机反向挤压，820℃～850℃固溶，冷拉拔40～60%硬化，热处理时效250℃～400℃。

 

表1，本发明的高强高导端子连接器用铜合金示例：

表2，本发明高强高导铜合金与目前的端子连接材料性能比较表：

表3，不同成分配比铜合金的对比试验：

前述各指标测试标准为：GB/T22810-2010，GB/T3048.2-2007，粘连性测试方法为：取各牌号材料制作成相同尺寸试样，接通电流2000安，接触时间0.4秒，断电后在金相显微镜下观察比对各材料截面的电蚀百分率（烧损面与总面积之比值）。

 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高级端子连接器用铜合金，其特征在于其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.05%～0.3%

碲            0.05%～0.6%

镍            0.5%～2.5%

锡            0.05%～0.3%

镁            0.05%～0.25%

铈            0.05%～0.15%

余量为铜。

2.如权利要求1所述的高级端子连接器用铜合金，其特征在于其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.12%～0.25%

碲            0.2%～0.5%

镍            0.8%～1.8%

锡            0.1%～0.3%

镁            0.08%～0.25%

铈            0.05%～0.08%

余量为铜。

3.如权利要求2所述的高级端子连接器用铜合金，其特征在于其成分及其质量百分比含量为：

磷            0.18%～0.23%

碲            0.2%～0.4%

镍            1.2%～1.5%

锡            0.15%～0.25%

镁            0.1%～0.2%

铈            0.05%～0.08%

余量为铜。

4.一种权利要求1、2或3所述的高级端子连接器用铜合金的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

A、成分配料：按配比配料；

B、熔铸：采用中频感应电炉，按顺序加入磷铜中间合金、镍、碲、锡、镁、铈，在高温下熔解并经电磁搅拌使成份均匀分布，经炉前取样采用直读光谱仪快速成分分析合格后，温度升至1220℃～1280℃出炉；采用立式丝杆式铸造机连续振动固溶铸锭，铸造温度1200℃～1250℃；

C、压力加工：铸锭加热930℃～960℃，挤压机反向挤压，820℃～850℃固溶，冷拉拔40～60%硬化，热处理时效250℃～400℃。

5.权利要求1、2或3所述的铜合金在电接触材料中的应用。