CN103949644B - 一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，将铜粉装入挤压模具中，并通过挤压机施加压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至360～450℃后保温10～15min，最后挤压形成棒材，即得到高强高导高塑性纯铜棒材。本发明高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，通过将纯度大于99%、粒径为2～100μm的铜粉直接通过低温热挤压成形技术制成棒材，该铜棒材具有纯度高、致密度高、强度高和塑性好的特点，该纯铜棒材的优异性能使其在导电、导热功能材料或结构材料领域具有广阔的应用前景。

Description

一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属及塑形加工成形领域，具体涉及一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法。
背景技术
纯铜具有很高的导电、导热性能和较高的塑性变形能力，并具有良好的抗腐蚀性能，作为良导体广泛应用于工业中。然而，尽管纯铜具有高导电性的优点，但其拉伸强度极低，通常仅为120-160MPa。另外，纯铜具有高的塑性变形能力，但又因其极低的静态再结晶温度特点而导致极易加工硬化，从而抑制了进一步塑形变形。因此，纯铜材料大多应用于导线、导体和冷却器等，难以作为结构材料满足多种应用需求。
研究表明，铜及其合金的强度和导电率往往成反比关系。采用某种强化手段使铜合金强化后其导电率必然会有某种程度的下降。因此，近年来出现了各种方法，如加入各种微量合金元素的合金化法、ECAP大塑性变形的细晶强化法，甚至采用快速凝固结合大塑性变形等。这些方法存在各自优点，但提高强度指标的同时往往降低了材料的导电性和塑性变形能力，难以兼顾高强高导要求。其原因主要是这些强化方法使晶体内产生大量微观缺陷，如点缺陷、位错、第二相等，导致铜材的导电性能下降。晶格的不完整造成滑移的不连续而导致塑性变形能力降低。
尽管铜及其合金具有较高的塑性变形能力，然而，铜合金品种多，塑性加工性能相差较大。纯铜和大部分黄铜、青铜和白铜均有较好的热加工性能，变形温度一般为500～1050℃。塑性最好的纯铜、低锌黄铜等，热态、冷态变形率均可达90%以上。由于加工硬化特性，铜及其合金的挤压变形温度通常为600～1050℃。开始热轧温度随合金而异，一般为650～1050℃，热轧总变形量可达95%左右，纯铜、低锌黄铜等合金退火后总变形量达60～90%，低塑性及复杂合金为40～60%。
王晓溪等在《武汉科技大学学报》（2011，34（4）：253-257）发表了题为“纯铜粉末包套等径角挤压工艺实验研究”的论文，其实验选用致密纯铜作为包套材料，在室温下采用包套等径角挤压工艺(PITS-ECAP)将纯铜粉末颗粒直接固结成高致密度块体细晶材料。但是，该方法需要纯铜作为包套材料，纯铜粉末颗粒在ECAP前的初始紧实度约为70%，这说明在ECAP前包套内难免存在空气，纯铜粉表面可能会被氧化。另外，采用包套工艺增加了工艺的繁琐程度。
因此，在保持纯铜优异的导电性能的同时，研究提高其强度的制备方法对纯铜材的应用具有实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，解决了现有制备方法得到的纯铜棒材不能同时具备高强度、高导电性和高塑性的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，将铜粉装入挤压模具中，通过挤压机施加压力进行预紧实，并维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至360～450℃后保温10～15min，最后挤压形成棒材，即得到高强高导高塑性纯铜棒材。
本发明的特点还在于，
铜粉的纯度大于99%，粒径为2～100μm。
预紧实压力为5～10×105N。
挤压的挤压比为8～25：1，挤压温度为360～450℃。
本发明的有益效果是，本发明高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，通过将纯度大于99%、粒径为2～100μm的铜粉直接通过低温热挤压成型技术制成棒材，该铜棒材具有纯度高、致密度高、强度高和塑性好的特点，该纯铜棒材的优异性能使其在导电、导热功能材料或结构材料领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，将纯度大于99%、粒径为2～100μm的铜粉装入挤压模具中，并通过挤压机施加5～10×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至360～450℃后保温10～15min，最后控制挤压比为8～25：1，温度为360～450℃，挤压形成棒材，即得到高强高导高塑性纯铜棒材。
本发明高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，通过将纯度大于99%、粒径为2～100μm的铜粉直接通过低温热挤压成型技术制成棒材，该铜棒材具有纯度高、致密度高、强度高和塑性好的特点，该纯铜棒材的优异性能使其在导电、导热功能材料或结构材料领域具有广阔的应用前景。
本发明制备得到的纯铜棒材可以进行时效热处理，时效热处理温度为75～350℃，保温时间4～20h，起到改善组织，消除残余应力，从而改善产品的力学性能的作用。
实施例1
将纯度大于99%、粒径为40～50μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加8×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至385℃后保温10min，最后控制挤压比为9.18：1，温度为385℃，挤压形成棒材，即得到Ф16.5mm的纯铜棒材。
经检测和测试，实施例1制备的纯铜棒材致密度为99.1%，UTS=276.2MPa，YTS=255MPa，Elongation=22.2%，断面收缩率ψ=52.6%，导电性为100%IACS，硬度为50.7HBW。
实施例2
将纯度大于99%、粒径为4～5μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加10×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至385℃后保温10min，最后控制挤压比为9.18：1，温度为385℃，挤压形成棒材，即得到Ф16.5mm的纯铜棒材。
经检测和测试，实施例2制备的纯铜棒材致密度为99.0%，UTS=305.8MPa，YTS=280MPa，Elongation=23.8%，断面收缩率ψ=43.5%，导电性为94.8%IACS，硬度为53.9HBW。
对实施例2制备得到的纯铜棒材进行时效热处理（温度为200℃，保温时间12h）后其致密度为99.0%，UTS=314.1MPa，YTS=300MPa，Elongation=22.7%，断面收缩率ψ=48.8%，导电性为94.8%IACS，硬度为53.4HBW。
实施例3
将纯度大于99%、粒径为2～3μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加10×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至425℃后保温10min，最后控制挤压比为25：1，温度为425℃，挤压形成棒材，即得到Ф10mm的纯铜棒材。
经检测和测试，实施例3制备的纯铜棒材致密度为98.4%，UTS=336.2MPa，YTS=323.2MPa，Elongation=24.1%，断面收缩率ψ=42.4%，导电性为93.2%IACS，硬度为56.3HBW。
对实施例3制备得到的纯铜棒材进行时效热处理（温度为300℃，保温时间8h）后其致密度为98.4%，UTS=353.7MPa，YTS=339.5MPa，Elongation=25.4%，断面收缩率ψ=45.3%，导电性为93.2%IACS，硬度为56.2HBW。
实施例4
将纯度大于99%、粒径为2～20μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加5×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至360℃后保温15min，最后控制挤压比为8.07：1，温度为360℃，挤压形成棒材，即得到Ф17.6mm的纯铜棒材。
实施例5
将纯度大于99%，粒径为20～50μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加6×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至450℃后保温12min，最后控制挤压比为12.75：1，温度为450℃，挤压形成棒材，即得到Ф14mm的纯铜棒材。
实施例6
将纯度大于99%，粒径为50～100μm的铜粉装入Ф50mm挤压模具中，并通过挤压机施加9×105N的压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至400℃后保温15min，最后控制挤压比为17.36：1，温度为400℃，挤压形成棒材，即得到Ф12mm的纯铜棒材。

Claims (3)

1.一种高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，其特征在于，将铜粉装入挤压模具中，并通过挤压机施加5～10×105N压力进行预紧实，维持预紧实压力将挤压模具和铜粉一同加热至360～450℃后保温10～15min，最后挤压形成棒材，即得到高强高导高塑性纯铜棒材。
2.根据权利要求1所述的高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，其特征在于，所述铜粉的纯度大于99％，粒径为2～100μm。
3.根据权利要求1所述的高强高导高塑性纯铜棒材的制备方法，其特征在于，所述挤压的挤压比为8～25：1，温度为360～450℃。
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