CN103773989B

CN103773989B - 一种铁磁元素钆改性的导电铜材料及制备方法

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Publication number: CN103773989B
Application number: CN201410076174.6A
Authority: CN
Inventors: 王玲; 赵浩峰; 张太忠; 郑泽昌; 龚国庆; 潘子云; 曹燕子; 王易秋; 徐小雪; 何晓蕾; 陆阳平; 邱奕婷; 宋超; 王冰; 赵佳玉
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Changshu Zijin Intellectual Property Service Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103773989A

Abstract

本发明提供一种铁磁元素钆改性的导电铜材料及制备方法，该材料具有较高的导电率。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该铁磁元素钆改性的导电铜材料中各成分的重量百分含量为：Ce0.01-0.05%，Gd0.1-0.4%，P？0.02-0.05%，Fe0.02-0.05%，Ca0.03-0.06%，其余为Cu。

Description

一种铁磁元素钆改性的导电铜材料及制备方法

技术领域：

本发明属于金属材料领域，涉及一种铁磁元素钆改性的导电铜材料，以及该材料的制备方法。

背景技术：

CN00110138.2号申请涉及一种高强度高导电铜合金，该铜合金由钛碳化硅弥散强化相和铜组成，钛碳化硅体积分数在0.005-0.05。采其用物理机械方法使钛碳化硅均匀、细小的弥散分布在铜基体上，采用热压或热等静压方法，在750℃-1000℃，20-100MPa的条件下烧结0.5-2小时；或用热挤压方法；在850℃-950℃挤压成型。但得到的材料塑性较低。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种铁磁元素钆改性的高塑性导电铜材料，该材料具有较高的塑性。

本发明的另一目的是提供上述铁磁元素钆改性的高塑性导电铜材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铁磁元素钆改性的导电铜材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为：Ce 0.01-0.05％，Gd 0.1-0.4％，P 0.02-0.05％，Fe0.02-0.05％，Ca 0.03-0.06％，其余为Cu。

一种铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先按照上述成分进行配料，原料Ce、Gd、Fe、Ca、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9％；P以铜磷中间合金的形式加入，其中P的重量百分数为13-15％；

2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5-8×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310℃后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中；

3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留15-20分钟后取出，取出后4-8分钟内将步骤2)的熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条；浇注完成10-20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至830-900℃，保温20-30分钟；再进行淬火处理，淬火液温度为20-35℃，淬火液中各成份重量百分比为氯化锌11-16％，氢氧化钠10-12％，其余为水；淬火后再放入加热炉中，在400-440℃保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到导电铜材料。

步骤2)中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比水玻璃3-4％，高岭石粉3-4％，石墨粉1-2％，其余为石英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

所述水玻璃采用钾水玻璃，钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31％，氧化钠质量百分含量为10.2-12％，其余为水。

所述高岭石粉的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；石英砂的成分为Al₂O₃1-3％，Fe₂O₃0.2-0.5％，其余为SiO₂；高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米；石英砂粒为200-250微米。

步骤3)中合金条的长、宽、厚尺寸分别为150-200mm、80-100mm、15-20mm。

本发明具有如下有益效果：

本发明合金通过添加Ce、Gd元素，起脱氧、脱氢、脱硫及除去低熔点杂质元素作用，以提高材料的导电性能。Ce、Gd、Ca元素的加入可细化晶粒，改善材料的塑性，提高冷热加工性能，同时提高材料强度；P元素还可配合热处理，增强沉淀强化的程度。

与现有技术相比，本发明的材料具有优异导电性能、良好的塑性。本发明制备过程中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外合金经过较为快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。

本发明铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出。待硬化的铸型达到室温后，再将铸型放入充满液氮的容器，停留15-20分钟。然后取出，在4-8分钟内将熔融合金浇入铸型的型腔，得到合金条。本发明的材料采用这种快速冷却、低温深冷、热处理和合金化结合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保证材料中化学成分的均匀分布，也保证了合金的导电性能，同时保证了材料的力学性能。

该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明导电铜材料可以应用于信息、通讯等领域。

本发明的铁磁元素钆改性的高塑性导电铜材料性能见表1。

附图说明:

图1为本发明实施例一制备的材料组织图。

由图1可见，本发明制备的组织均匀致密。

具体实施方式：

以下实施例中所用原料均如下：

水玻璃采用钾水玻璃，钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31％，氧化钠质量百分含量为10.2-12％，其余为水。

高岭石粉的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米。

石英砂的成分为Al₂O₃1-3％，Fe₂O₃0.2-0.5％，其余为SiO₂；石英砂粒为200-250微米。

实施例一：

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料，各成分的重量百分含量为：Ce 0.01％，Gd 0.1％，P 0.02％，Fe 0.02％，Ca 0.03％，其余为Cu。

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，包括以下步骤：

1)首先按照上述成分进行配料，原料Ce、Gd、Fe、Ca、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9％；P以铜磷中间合金的形式加入，其中P的重量百分数为13％；

2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280℃后，保温15分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比水玻璃3％，高岭石粉3％，石墨粉1％，其余为石英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120℃炉中硬化20分钟取出，冷却至室温；

3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留15分钟后取出，取出后4分钟内将步骤2)的熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为150mm、80mm、15mm；浇注时型腔内的温度为-175～-165℃，浇注完成10分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至830℃，保温20分钟；再进行淬火处理，淬火液温度为20℃，淬火液中各成份重量百分比为氯化锌11％，氢氧化钠10％，其余为水；淬火后再放入加热炉中，在400℃保温5小时，随炉冷却至室温，即得到导电铜材料。

实施例二：

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料，各成分的重量百分含量为：Ce 0.05％，Gd 0.4％，P 0.05％，Fe 0.05％，Ca 0.06％，其余为Cu。

1)首先按照上述成分进行配料，原料Ce、Gd、Fe、Ca、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9％；P以铜磷中间合金的形式加入，其中P的重量百分数为15％；

2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到8×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1310℃后，保温25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比水玻璃4％，高岭石粉4％，石墨粉2％，其余为石英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于130℃炉中硬化30分钟取出，冷却至室温；

3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20分钟后取出，取出后8分钟内将步骤2)的熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为200mm、100mm、20mm；浇注时型腔内的温度为-175～-165℃，浇注完成20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至900℃，保温30分钟；再进行淬火处理，淬火液温度为35℃，淬火液中各成份重量百分比为氯化锌16％，氢氧化钠12％，其余为水；淬火后再放入加热炉中，在440℃保温7小时，随炉冷却至室温，即得到导电铜材料。

实施例三：

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料，各成分的重量百分含量为：Ce 0.03％，Gd 0.3％，P 0.04％，Fe 0.04％，Ca 0.05％，其余为Cu。

1)首先按照上述成分进行配料，原料Ce、Gd、Fe、Ca、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9％；P以铜磷中间合金的形式加入，其中P的重量百分数为14％；

2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到7×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1300℃后，保温20分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比水玻璃3.5％，高岭石粉3.5％，石墨粉1.5％，其余为石英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于125℃炉中硬化25分钟取出，冷却至室温；

3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留18分钟后取出，取出后6分钟内将步骤2)的熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条，合金条的长、宽、厚尺寸分别为175mm、90mm、17mm；浇注时型腔内的温度为-175～-165℃，浇注完成15分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至870℃，保温25分钟；再进行淬火处理，淬火液温度为30℃，淬火液中各成份重量百分比为氯化锌15％，氢氧化钠11％，其余为水；淬火后再放入加热炉中，在420℃保温6小时，随炉冷却至室温，即得到导电铜材料。

实施例四：(成份配比不在本发明设计方案内)

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料，各成分的重量百分含量为：Ce 0.005％，Gd 0.06％，P 0.01％，Fe 0.01％，Ca 0.02％，其余为Cu。

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备步骤同实施例一。

实施例五：(成份配比不在本发明设计方案内)

本发明铁磁元素钆改性的导电铜材料，各成分的重量百分含量为：Ce 0.06％,Gd 0.6％，P 0.06％，Fe 0.07％，Ca 0.07％，其余为Cu。

表一

由上表可以看出，材料中添加Ce、Gd、Fe、Ca元素有助于合金性能的提高。但是超出本案规定的范围，性能非但没提高，反而降低。原因是元素过多，会反应形成过多化合物，也降低了合金元素的有效作用。材料中Ce、Gd元素过多，不再起作用，反而浪费原材料。

Claims

1.一种铁磁元素钆改性的导电铜材料，其特征是：各成分的重量百分含量为：Ce 0.01-0.05%，Gd 0.1-0.4%，P 0.02-0.05%，Fe 0.02-0.05%，Ca 0.03-0.06%，其余为Cu。

2.权利要求1所述铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1）首先按照上述成分进行配料，原料Ce、Gd、Fe、Ca、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；P以铜磷中间合金的形式加入，其中P的重量百分数为13-15%；

2）然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到8×10^-2Pa~5×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310℃后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留15-20分钟后取出，取出后4-8分钟内将步骤2)的熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金条；浇注完成10-20分钟后，将合金条从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至830-900℃，保温20-30分钟；再进行淬火处理，淬火液温度为20-35℃，淬火液中各成份重量百分比为氯化锌11-16%，氢氧化钠10-12%，其余为水；淬火后再放入加热炉中，在400-440℃保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到导电铜材料。

3.根据权利要求2所述铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征是：步骤2）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比水玻璃3-4%，高岭石粉3-4%，石墨粉1-2%，其余为石英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

4.根据权利要求3所述铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征是：所述水玻璃采用钾水玻璃，钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31%，氧化钠质量百分含量为10.2-12%，其余为水。

5.根据权利要求3所述铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征是：所述高岭石粉的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；石英砂的各成分质量百分比为Al₂O₃1-3%，Fe₂O₃ 0.2-0.5%，其余为SiO₂；高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米；石英砂粒为200-250微米。

6.根据权利要求2所述铁磁元素钆改性的导电铜材料的制备方法，其特征是：步骤3）中合金条的长、宽、厚尺寸分别为150-200mm、80-100mm、15-20mm。