CN104928520A - 高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其涉及一种碲铜合金材料。高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，采用如下重量百分比含量的原料制成：Te 0.4％-0.7％；P 0.01％-0.015％；Cu余量。由于采用上述技术方案，本发明制成的碲铜合金兼顾了极好的易切削性能和优良的导电、导热性和较高的强韧性，抗腐蚀和抗电烧蚀性能，同时具与银铜合金相当的抗电弧性能，冷热加工性能较好，可锻造、挤压拉制、冲制模压。

Description

高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其涉及一种碲铜合金材料。

背景技术

含铅铜合金具有易切削和优良的物理、化学、力学的性能，是广泛使用的一类铜合金。目前我国仅铅黄铜的年产量约40万吨。但是，铅即不固溶于铜，也不与铜形成金属间化合物，在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅会缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足越来越高的环保要求。这类铜合金在生产和使用过程中会造成环境污染，危害人体健康，因而其应用日益受到严格的限制。此外，发达国家还相继规定，在家电、儿童玩具、汽车等零配件中，含铅铜合金的使用也必须严格限制，最终必然会被禁止使用。为了降低铅的有害作用，科研人员就饮用水对黄铜的腐蚀机理及添加元素对黄铜的腐蚀性影响进行了系统的研究，并采取了多种措施，如添加锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除，或抑制铅的浸出等。由于铅是黄铜的合金元素，黄铜中始终存在着铅，所以上述方法只能从一定程度上减轻铅的毒副作用，而无法从根本上消除铅的有害作用。

国内也有人进行了无铅易切削铋黄铜的研究开发，还有人研究了以硅代铅的型无铅易切削黄铜的性能。美国已开发的这些无铅铜合金在加入铋的同时，大多数还添加了锡和镍，少数还添加了昂贵的硒。由于硒和铋的资源非常有限，而且价格较高，导致铋黄铜的成本较高。

另外，由于铅黄铜有热脆性，热加工时极易开裂，不利于加工生产。显然，根据我国资源情况，开发出成本相对较低、能够进行冷热加工、拥有自主知识产权的新型无铅易切削铜合金，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，采用如下重量百分比含量的原料制成：

Te 0.4％-0.7％；

P 0.01％-0.015％；

Cu余量。

由于锑的资源丰富，价格便宜，且锑本身的性脆特性类似于铋，而铋几乎不固溶于铜，而锑部分固溶于铜，并与铜形成金属间化合物。本发明以碲代铅的碲铜合金，锑铜金属间化合物具有脆而不硬的特点，使铜合金获得良好的切削性能，具有无铅、削性能优良、冷热加工性能良好的显著优点。

本发明的原料中还加入了微量的磷，磷是最有效、成本最低的脱氧剂。微量磷的存在，可以提高熔体的流动性，改善铜及合金的焊接性能、耐蚀性能、提高抗软化程度。但是如果采用过量的磷元素将会成为合金的杂质元素，由于微量磷元素在铜基体内主要是以固溶体方式存在，使得局部晶格发生畸变，阻碍电子的运动，而发生散射，从而使合金电阻率显著增大。因此在合金熔炼过程中，要严格控制P含量。本发明采用含P 0.01％-0.015％的合金，使本发明的碲铜合金材料具有优良的导电、抗电弧性能。

本发明按如下步骤制备：

1)工频感应电炉熔化

电炉熔沟熔化后，逐步加入工业纯铜，固态铜熔清后，把铜液温度提升到1200℃-1220℃，覆盖剂覆盖保温；

所述覆盖剂可以采用7cm厚的石墨鳞片或15cm厚的木炭。

2)渗碲

将纯碲0.4-0.7wt％份包裹，压入工频感应电炉炉底近熔沟口附近，此时炉温为1200℃-1220℃，时间为60分钟-70分钟；

3)加入微量元素

将微量元素P 0.01-0.015wt％在大气条件下熔铸微量元素中间合金，带上述碲渗入铜60分钟-70分钟后，加入微量元素中间合金，20分钟-25分钟后，碲铜合金液熔炼完成，下降炉温至1160℃-1170℃；

4)合金液结晶

逐步放开出水口的塞棒，上述合金液进入结晶器，合金开始结晶，在结晶过程中碲与高温铜元素化合生成Cu₂Te相，此时炉温控制在1160℃-1170℃，冷却水出口的水温控制在45℃-55℃；

本发明的结晶器可以采用紫铜加石墨内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.08MPa-0.10MPa，浇铸速度控制在90mm/min-100mm/min。

本发明的结晶器优选采用紫铜内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.22MPa-0.25MPa，浇铸速度控制在110mm/min-140mm/min。紫铜内套结晶器在较高水压、浇速较快条件下，得到合金铸锭结晶组织更致密、细小，对产品的机械性能有着积极作用。其散热性能比紫铜加石墨内套结晶器优良，冷却效果更明显，得到的铸锭表面质量和组织更好。

5)铸锭水平牵引

启动自动牵引机，牵引塞棒拉出碲铜合金铸棒，牵引速度较纯铜铸锭低两个等级；

6)自动锯切

在自动锯切机上设置要求的铸锭长度，当经过牵引机拉出的长铸锭进入自动锯切机设置的长度时，锯切机自动启动对铸棒进行锯切，锯切成规定长度的短铸锭。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明制成的碲铜合金兼顾了极好的易切削性能和优良的导电、导热性和较高的强韧性，抗腐蚀和抗电烧蚀性能，同时具与银铜合金相当的抗电弧性能，冷热加工性能较好，可锻造、挤压拉制、冲制模压。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，采用如下重量百分比含量的原料制成：Te 0.4％-0.7％、P 0.01％-0.015％、Cu余量。

由于锑的资源丰富，价格便宜，且锑本身的性脆特性类似于铋，而铋几乎不固溶于铜，而锑部分固溶于铜，并与铜形成金属间化合物。本发明以碲代铅的碲铜合金，锑铜金属间化合物具有脆而不硬的特点，使铜合金获得良好的切削性能，具有无铅、削性能优良、冷热加工性能良好的显著优点。本发明的原料中还加入了微量的磷，磷是最有效、成本最低的脱氧剂。微量磷的存在，可以提高熔体的流动性，改善铜及合金的焊接性能、耐蚀性能、提高抗软化程度。但是如果采用过量的磷元素将会成为合金的杂质元素，由于微量磷元素在铜基体内主要是以固溶体方式存在，使得局部晶格发生畸变，阻碍电子的运动，而发生散射，从而使合金电阻率显著增大。因此在合金熔炼过程中，要严格控制P含量。本发明采用含P 0.01％-0.015％的合金，使本发明的碲铜合金材料具有优良的导电、抗电弧性能。

本发明按如下步骤制备：

1)工频感应电炉熔化

电炉熔沟熔化后，逐步加入工业纯铜，固态铜熔清后，把铜液温度提升到1200℃-1220℃，覆盖剂覆盖保温；覆盖剂可以采用7cm厚的石墨鳞片或15cm厚的木炭。

2)渗碲

将纯碲0.4-0.7wt％份包裹，压入工频感应电炉炉底近熔沟口附近，此时炉温为1200℃-1220℃，时间为60分钟-70分钟；

3)加入微量元素

将微量元素P 0.01-0.015wt％在大气条件下熔铸微量元素中间合金，带上述碲渗入铜60分钟-70分钟后，加入微量元素中间合金，20分钟-25分钟后，碲铜合金液熔炼完成，下降炉温至1160℃-1170℃；

4)合金液结晶

逐步放开出水口的塞棒，上述合金液进入结晶器，合金开始结晶，在结晶过程中碲与高温铜元素化合生成Cu₂Te相，此时炉温控制在1160℃-1170℃，冷却水出口的水温控制在45℃-55℃；

本发明的结晶器可以采用紫铜加石墨内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.08MPa-0.10MPa，浇铸速度控制在90mm/min-100mm/min。本发明的结晶器优选采用紫铜内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.22MPa-0.25MPa，浇铸速度控制在110mm/min-140mm/min。紫铜内套结晶器在较高水压、浇速较快条件下，得到合金铸锭结晶组织更致密、细小，对产品的机械性能有着积极作用。其散热性能比紫铜加石墨内套结晶器优良，冷却效果更明显，得到的铸锭表面质量和组织更好。

5)铸锭水平牵引

启动自动牵引机，牵引塞棒拉出碲铜合金铸棒，牵引速度较纯铜铸锭低两个等级；

6)自动锯切

在自动锯切机上设置要求的铸锭长度，当经过牵引机拉出的长铸锭进入自动锯切机设置的长度时，锯切机自动启动对铸棒进行锯切，锯切成规定长度的短铸锭。

实施例1：

本发明按如下步骤制备：

1)工频感应电炉熔化：电炉熔沟熔化后，逐步加入工业纯铜，固态铜熔清后，把铜液温度提升到1200℃，15cm厚木炭覆盖保温。

2)渗碲

将纯碲0.5wt％份包裹，压入工频感应电炉炉底近熔沟口附近，此时炉温为1200℃，时间为60分钟。

3)加入微量元素

将微量元素P 0.01wt％在大气条件下熔铸微量元素中间合金，带上述碲渗入铜60分钟后，加入微量元素中间合金，20分钟后，碲铜合金液熔炼完成，下降炉温至1160℃。

4)合金液结晶

逐步放开出水口的塞棒，上述合金液进入紫铜内套的结晶器，合金开始结晶，在结晶过程中碲与高温铜元素化合生成Cu₂Te相，此时炉温控制在1160℃，冷却水的水压控制在0.25MPa，冷却水出口的水温控制在50℃，浇铸速度控制在120mm/min。

5)铸锭水平牵引

启动自动牵引机，牵引塞棒拉出碲铜合金铸棒，牵引速度较纯铜铸锭低两个等级；

6)自动锯切

在自动锯切机上设置要求的铸锭长度，当经过牵引机拉出的长铸锭进入自动锯切机设置的长度时，锯切机自动启动对铸棒进行锯切，锯切成规定长度的短铸锭。

上述工艺步骤制成的碲铜合金材料具有如下机械物理性能：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，其特征在于，采用如下重量百分比含量的原料制成：

Te0.4％-0.7％；

P0.01％-0.015％；

Cu余量。

2.根据权利要求1所述的高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，其特征在于，按如下步骤制备：

1)工频感应电炉熔化

电炉熔沟熔化后，逐步加入工业纯铜，固态铜熔清后，把铜液温度提升到1200℃-1220℃，覆盖剂覆盖保温；

2)渗碲

将纯碲0.4-0.7wt％份包裹，压入工频感应电炉炉底近熔沟口附近，此时炉温为1200℃-1220℃，时间为60分钟-70分钟；

3)加入微量元素

将微量元素P0.01-0.015wt％在大气条件下熔铸微量元素中间合金，带上述碲渗入铜60分钟-70分钟后，加入微量元素中间合金，20分钟-25分钟后，碲铜合金液熔炼完成，下降炉温至1160℃-1170℃；

4)合金液结晶

逐步放开出水口的塞棒，上述合金液进入结晶器，合金开始结晶，在结晶过程中碲与高温铜元素化合生成Cu₂Te相，此时炉温控制在1160℃-1170℃，冷却水出口的水温控制在45℃-55℃；

5)铸锭水平牵引

启动自动牵引机，牵引塞棒拉出碲铜合金铸棒，牵引速度较纯铜铸锭低两个等级；

6)自动锯切

在自动锯切机上设置要求的铸锭长度，当经过牵引机拉出的长铸锭进入自动锯切机设置的长度时，锯切机自动启动对铸棒进行锯切，锯切成规定长度的短铸锭。

3.根据权利要求2所述的高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，其特征在于，步骤1)中，所述覆盖剂采用7cm厚的石墨鳞片或15cm厚的木炭。

4.根据权利要求2所述的高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，其特征在于，步骤4)中，所述结晶器采用紫铜加石墨内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.08MPa-0.10MPa，浇铸速度控制在90mm/min-100mm/min。

5.根据权利要求2所述的高导抗电弧及无铅易切削碲铜合金材料，其特征在于，步骤4)中，所述结晶器采用采用紫铜内套的结晶器，冷却水的水压控制在0.22MPa-0.25MPa，浇铸速度控制在110mm/min-140mm/min。