CN103509970A - 一种铜镍铝硅弹性合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜镍铝硅弹性合金及其制备方法，按质量百分数其组成为：镍占10.0～15.0%、铝占1.0～3.5%、硅≤1.0%，余量为铜；本发明所述的铜镍铝硅弹性合金及其制备方法生产工艺简单、无毒无公害且成本较低，可以替代在仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域用的铍铜弹性元器件。

Description

一种铜镍铝硅弹性合金及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种弹性合金，尤其是涉及一种铜镍铝硅（CuNiAlSi）弹性合金及其制备方法。 

【背景技术】

公知的，弹性合金，也被称为恒弹性合金，是指弹性模量温度系数或频率温度系数很小的合金，铜基弹性合金是使用历史最为悠久的弹性合金，广泛的应用在仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域，其中又以铍铜材料应用最广，含铍0.2%～2.0%的铜合金称为铍铜或铍青铜，是一种可铸和可锻合金，属时效析出强化的铜基合金，经淬火时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限、并且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点，但制备时挥发的铍元素除对环境污染严重外，其氧化物以及化合物还会对人体产生致命毒害，且铍铜价格昂贵，因此其生产和应用均受到了很大的限制。 

目前国内外正在大力研究和开发用于替代铍铜的高性能铜基弹性合金，研究主要集中在材料的性能与成本这两个方面，相继开发的替代材料主要有：铜镍锌合金（BZn15-20）、锡青铜(QSn6.5-0.1)、黄铜(H70、H80、H85、HAl77-2)、铜镍锡合金(Cu15Ni8Sn)、钛铜（QTi7.10-0.2）、铜镍铝合金等，铜镍锌合金、锡磷青铜、黄铜虽可用作弹性材料，但它们的弹性不足，应力松弛大；铜镍锡合金具有良好的力学、物理以及加工等综合性能，是一类很有发展前途的铍铜替代用弹性合金，但是由于合金中锡含量较高，容易在熔炼、铸造和压力加工过程中形成锡元素的偏析，进而导致合金的热脆性增加和铸造组织的不均匀；钛铜能否推广应用，关键在于解决合金的非真空熔炼技术，尤其是钛氧化导致的合金成分难以控制以及钛的氧化物夹杂等问题；铜镍铝合金是在铜中加入4.7～9.4%Ni和1～3%Al制备而成，是近年来研制的铜基弹性合金之一，但其综合性能与铍铜相比， 尚有不小差距，有待进一步提高。 

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种铜镍铝硅弹性合金及其制备方法，所述的铜镍铝硅弹性合金及其制备方法生产工艺简单、无毒无公害且成本较低，可以替代在仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域用的铍铜弹性元器件。 

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案： 

一种铜镍铝硅弹性合金，按质量百分数其组成为：镍占10.0～15.0%、铝占1.0～3.5%、硅≤1.0%，余量为铜。 

所述的铜镍铝硅弹性合金及其制备方法，所述方法操作步骤如下： 

第一步、备料：按质量百分比称取铜镍铝硅弹性合金的各个组分为镍、铝、硅和铜； 

接上一步骤，第二步、熔炼：将上述步骤中称取的合金各个组分放入熔炼炉内，在1280～1320℃的温度下熔炼25～30分钟，得到铜镍铝硅合金锭； 

接上一步骤，第三步、热处理：将上述步骤中得到的铜镍铝硅合金锭在900～1000℃的温度下进行均匀化退火，并随炉冷却到室温； 

接上一步骤，第四步、热轧和冷轧：将上述步骤中经过热处理的铜镍铝硅合金锭在800～950℃的温度下进行热轧开坯后再冷轧，得到片状铜镍铝硅合金； 

接上一步骤，第五步、时效处理和淬火：将上述步骤中得到的片状铜镍铝硅合金在400～550℃温度下进行时效热处理后，淬火即可得到铜镍铝硅弹性合金。 

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果： 

本发明获取的铜镍铝硅弹性合金的弹性模量为110～140GPa，抗拉强度为900～1200MPa，导电率20～35%IACS，主要性能与铍铜基本相当，可以替代在仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域用的铍铜弹性合金元器件，本发明生产工艺简单、无毒无公害且成本较低。 

【具体实施方式】

参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例。 

一种铜镍铝硅弹性合金，按质量百分数其组成为：镍占10.0～15.0%、铝占1.0～3.5%、硅≤1.0%，余量为铜。 

所述的铜镍铝硅弹性合金及其制备方法，所述方法操作步骤如下： 

第一步、备料：按质量百分比称取铜镍铝硅弹性合金的各个组分为电解镍、工业纯铝、工业纯硅、工业纯铜；接上一步骤，第二步、熔炼：将上述步骤中称取的合金各个组分放入熔炼炉内，在1280～1320℃的温度下熔炼25～30分钟，得到铜镍铝硅合金锭；接上一步骤，第三步、热处理：将上述步骤中得到的铜镍铝硅合金锭在900～1000℃的温度下进行均匀化退火，并随炉冷却到室温；接上一步骤，第四步、热轧和冷轧：将上述步骤中经过热处理的铜镍铝硅合金锭在800～950℃的温度下进行热轧开坯后再冷轧，得到片状铜镍铝硅合金；接上一步骤，第五步、时效处理和淬火：将上述步骤中得到的片状铜镍铝硅合金在400～550℃温度下进行时效热处理后，淬火即可得到铜镍铝硅弹性合金。 

实施例1：制备Cu10Ni1Al1Si弹性合金 

按实施例1所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理0.5h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

实施例2：制备Cu15Ni1Al1Si弹性合金 

按实施例2所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理1h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

实施例3：制备Cu10Ni3.5Al1Si弹性合金 

按实施例3所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理2h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

实施例4：制备Cu15Ni3.5Al1Si弹性合金 

按实施例4所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理2h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

实施例5：制备Cu12Ni2.5Al0.01Si弹性合金 

按实施例5所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理 0.25h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

实施例6：制备Cu11Ni2Al0.5Si弹性合金 

按实施例6所列成分称量原料，放入熔炼炉内，经熔炼，得到CuNiAlSi合金锭。将上述合金锭在900～1000℃均匀退火后，随炉冷却。然后经过热处理的CuNiAlSi合金锭在800～950℃下热轧开坯，冷却后再冷轧，得到片状CuNiAlSi合金。将片状CuNiAlSi合金在400～550℃下热处理6h后淬火，得到的CuNiAlSi合金性能见表1。 

表1 

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。 

Claims (2)

1.一种铜镍铝硅弹性合金，其特征是：按质量百分数其组成为：镍占10.0～15.0%、铝占1.0～3.5%、硅≤1.0%，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的铜镍铝硅弹性合金及其制备方法，其特征是：所述方法操作步骤如下：

第一步、备料：按质量百分比称取铜镍铝硅弹性合金的各个组分为镍、铝、硅和铜；

接上一步骤，第二步、熔炼：将上述步骤中称取的合金各个组分放入熔炼炉内，在1280～1320℃的温度下熔炼25～30分钟，得到铜镍铝硅合金锭；

接上一步骤，第三步、热处理：将上述步骤中得到的铜镍铝硅合金锭在900～1000℃的温度下进行均匀化退火，并随炉冷却到室温；

接上一步骤，第四步、热轧和冷轧：将上述步骤中经过热处理的铜镍铝硅合金锭在800～950℃的温度下进行热轧开坯后再冷轧，得到片状铜镍铝硅合金；

接上一步骤，第五步、时效处理和淬火：将上述步骤中得到的片状铜镍铝硅合金在400～550℃温度下进行时效热处理后，淬火即可得到铜镍铝硅弹性合金。