CN106319279A

CN106319279A - 一种高导电高导热高硬度高耐磨edm铜合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106319279A
Application number: CN201510367154.9A
Authority: CN
Inventors: 张贵林; 牟达辉
Original assignee: Xinjiang Is Source Of Thai Copper Alloy Technology Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Is Source Of Thai Copper Alloy Technology Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明公开了一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料及其制备方法，合金材料组成的创新点在于：由以下成分及其重量百分比组成：Cr0.3-0.7%，Zr0.2-0.5%，稀土元素0.02-0.05%，Cu余量。制备方法的具体包括以下步骤：1）、熔炼、浇铸；2）、清洗；3）、退火；4）、冷加工。本发明的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料可以就地采购，生产成本低廉，适合批量生产及使用。本发明的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料制备方法，主要包括熔炼、铸造、清洗、退火、冷加工及包装加工步骤，工艺具有简单易行、节能环保的特点。

Description

一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，本发明还涉及一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

EDM加工方法发明至今已跨越了将近70年，从70年的发展历程来看，设备的性能基本上每10年左右跃上了一个新的台阶，大致的发展路径是RC弛张式脉冲电源+机械液压伺服，当然从精确控制的领域，现代的脉冲发生器可以产生高达百分之一微秒级的脉冲精度，可以产生及精确控制脉冲前后沿的形状，并且可以实施在放电过程中对每一个脉冲是否被有效利用进行实时的监控，进入了智能化模糊控制放电加工技术时代，大大降低了对操作人员的经验依赖程度。由于电加工脉冲电源及控制技术的发展，极大的丰富了放电参数的结构组成，适合于各类电极材料组合的放电参数因此而大量被实验产生。

随着EDM技术的不断进步，人们对EDM材料的要求越来越高，需求量也越来越大。通常EDM行业使用紫铜或石墨作为EDM材料，但损耗都很大，紫铜会变形，石墨会断裂，给生产企业增加了很大的生产成本。

Cu-Cr-Zr系合金是一类应用较为广泛的高强度高导电性能合金，主要特点是具有较高的电导率，但其强度普遍偏低。美国专利1993年5月11日（公开号：US 005210441A）公开的一种集成电路引线框架用Cu-Cr-Zr系铜合金，其中Cr、Zr的含量分别为0.1～1.0%、0.01～ 0.5%，主要提出了锆粒子脱溶及分布控制理论。中国专利2003年5月14日（公告号：CN 1254554C）公开的一种在传统Cu-Cr-Zr 合金基础上添加微量合金元素La、Zn以及Fe（Co）和Ti的铜合金，抗拉强度虽能达到608.2～641.4MPa，但其电导率仅为65～70%IACS，延伸率仅≥5%。中国专利2004年4月14日（公告号：CN 1323179C）公开的一种Cu-Cr-Zr 系合金，添加稀土元素Y、La或Sm，合金硬度、抗拉强度和软化温度高达170HBS、750MPa和700℃，但其延伸率和导电率仅为6%和75%IACS。中国专利2010年1月20日（公开号：CN 101629254A）公开的添加Te的 Cu-Cr-Zr 合金，该合金导电率达 92%IACS，而抗拉强度仅为500MPa。日本在我国于2010年12月29日申请的专利（公开号：CN 101928864A）涉及一种在维持导电率和应力缓和性同时保持强度和弯曲加工性优异的铜合金，其中 Cr、Zr、Sn的含量分别为0.1～0.4%、0.02～0.2%、0.01～0.3%，导电率达80%IACS以上，但其强度偏低，仅为550MPa。中国专利（公开为号CN 102912178 A）公开了一种高强高导稀土铜合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：0.2～1.0%的铬，0.1～0.4%的锆，0.1～0.2%的银，0.02～0.03%的磷，0.02～0.16% 的稀土元素，所述的稀土元素为铈、铱、钕中的一种、两种或三种，该技术方案所需原料较多，生产成本较大。

为了解决EDM材料稳定、高硬度、生产成本及超低损耗的要求，本领域的技术人员正在积极研究替代品的出现，是本领域研究的重大课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料及其制备方法，提出了一种可以替代紫铜及石墨的新型特种多元铜合金材料，导电率能达到93.3%IACS，硬度≥147HB，抗拉强度达480MPa以上，热导率≥340W.(m.K)-1，切削性≥60%。材料就地采购，生产成本低廉，适合批量生产及使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，其创新点在于：由以下成分及其重量百分比组成：

Cr 0.3—0.7%

Zr 0.2—0.5%

稀土元素 0.02—0.05%

Cu 余量

在此基础上，所述稀土元素为镧或铈的任意一种或两者混合物。

在此基础上，所述稀土元素为镧或铈的两者混合物时，两者混合比例为镧：铈为1.3~1.6:2.1~2.5。

本发明的另一个目的是提供一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，其创新点在于：具体包括以下步骤：

1）、熔炼、浇铸

将纯度为4N的电解铜配比余量加入熔炼炉中，在隔氧保护条件下，升温至1150-1200℃，使铜熔化成纯铜液，保温10—15分钟，使铜液澄清后，加入配比量的Cr、Zr中间合金，升温至1250-1300℃，恒温15-20分钟，加入配比量的稀土元素，保温15—20分钟，用水冷模具浇铸成坯，得到无气孔、无夹杂、无可见缺陷的坯料；

2）、清洗

将制成的坯料置入10—15%的硫酸液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

3）、退火

将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至200--300℃退火，去除坯料应力；

4）、冷加工

将经退火处理的坯料铣床上，将坯料加工成表面平整的、符合要求规格的精坯料；

5）、检验

加工后的精坯料置于检验台，要求表面淡红，无其它色斑，无表面缺陷；

6）、包装入库：按要求包装，入库。

在此基础上，所述步骤1中的熔炼炉为中频炉或半连续铸造工频炉的任意一种。

在此基础上，所述步骤2中清洗时间为0.3~0.6h。

在此基础上，所述步骤3中的退火时间为1.4~2.6h。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，提出了一种可以替代紫铜及石墨的新型特种多元铜合金材料，导电率能达到93.3%IACS，硬度≥147HB，抗拉强度达480MPa以上，热导率≥340W.(m.K)^-1，切削性≥60%。材料就地采购，生产成本低廉，适合批量生产及使用。

（2）本发明的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，以工业纯铜为主体，添加适量的Cr、Zr及选择特定的微量的稀土元素，制备成复杂的多元铜合金材料，满足行业需求。Cr、Zr在铜合金中有明显的强化作用，对铜的导电性能几乎无影响，而且性能稳定。非常适用于高精度、高性能（导电性、导热性、切削性、高强度及耐磨性等）及高稳定性的EDM等行业，是目前紫铜和石墨EDM材料的理想替代品。

（3）本发明的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料制备方法，主要包括熔炼、铸造、清洗、退火、冷加工及包装加工步骤，工艺具有简单易行、节能环保的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。

实施例1

一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，由以下成分及其重量百分比组成：

Cr 0.3%

Zr 0.2%

稀土元素 0.02%

Cu 余量

其中，稀土元素为镧。

以上一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1）、熔炼、浇铸

将纯度为4N的电解铜配比余量加入熔炼炉中，在隔氧保护条件下，升温至1150℃，使铜熔化成纯铜液，保温10分钟，使铜液澄清后，加入配比量的Cr、Zr中间合金，升温至1250℃，恒温15-20分钟，加入配比量的稀土元素，保温15分钟，用水冷模具浇铸成坯，得到无气孔、无夹杂、无可见缺陷的坯料；

2）、清洗

将制成的坯料置入10%的硫酸液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

3）、退火

将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至200℃退火，去除坯料应力；

4）、冷加工

5）、检验

6）、包装入库：按要求包装，入库。

步骤1中的熔炼炉为中频炉。

步骤2中清洗时间为0.3h。

步骤3中的退火时间为1.4h。

实施例2

Cr 0.7%

Zr 0.5%

稀土元素 0.05%

Cu 余量

其中，稀土元素为铈。

以上这种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1）、熔炼、浇铸

将纯度为4N的电解铜配比余量加入熔炼炉中，在隔氧保护条件下，升温至1200℃，使铜熔化成纯铜液，保温15分钟，使铜液澄清后，加入配比量的Cr、Zr中间合金，升温至1300℃，恒温15-20分钟，加入配比量的稀土元素，保温20分钟，用水冷模具浇铸成坯，得到无气孔、无夹杂、无可见缺陷的坯料；

2）、清洗

将制成的坯料置入15%的硫酸液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

3）、退火

将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至300℃退火，去除坯料应力；

4）、冷加工

5）、检验

6）、包装入库：按要求包装，入库。

步骤1中的熔炼炉为半连续铸造工频炉。

步骤2中清洗时间为0.6h。

步骤3中的退火时间为2.6h。

实施例3

Cr 0.5%

Zr 0.2%

稀土元素 0.02%

Cu 余量

稀土元素为镧或铈的两者混合物时，两者混合比例为镧：铈为1.3:2.1。

1）、熔炼、浇铸

将纯度为4N的电解铜配比余量加入熔炼炉中，在隔氧保护条件下，升温至1180℃，使铜熔化成纯铜液，保温13分钟，使铜液澄清后，加入配比量的Cr、Zr中间合金，升温至1280℃，恒温15-20分钟，加入配比量的稀土元素，保温16分钟，用水冷模具浇铸成坯，得到无气孔、无夹杂、无可见缺陷的坯料；

2）、清洗

将制成的坯料置入13%的硫酸液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

3）、退火

将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至250℃退火，去除坯料应力；

4）、冷加工

5）、检验

6）、包装入库：按要求包装，入库。

步骤1中的熔炼炉为中频炉。

步骤2中清洗时间为0.5h。

步骤3中的退火时间为1.8h。

实施例4

Cr 0.7%

Zr 0.3%

稀土元素 0.04%

Cu 余量

其中，稀土元素为镧或铈的两者混合物时，两者混合比例为镧：铈为1.6:2.5。

1）、熔炼、浇铸

将纯度为4N的电解铜配比余量加入熔炼炉中，在隔氧保护条件下，升温至1180℃，使铜熔化成纯铜液，保温13分钟，使铜液澄清后，加入配比量的Cr、Zr中间合金，升温至1280℃，恒温15-20分钟，加入配比量的稀土元素，保温17分钟，用水冷模具浇铸成坯，得到无气孔、无夹杂、无可见缺陷的坯料；

2）、清洗

将制成的坯料置入14%的硫酸液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

3）、退火

将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至260℃退火，去除坯料应力；

4）、冷加工

5）、检验

6）、包装入库：按要求包装，入库。

步骤1中的熔炼炉为半连续铸造工频炉。

步骤2中清洗时间为0.5h。

步骤3中的退火时间为2.2h。

以上4个实施例的主要合金成分及性能检测结果如下表1所示：

其中，性能测试标准如下：

1）、化学成分检测采用GB/T 5121对铜及铜合金化学分析方法。

2）、电导率检测YS/T 478-2005对铜及铜合金导电率检测方法。

3）、洛氏硬度检测采用GB/T 231-2002对金属洛氏硬度试验方法。

4）、抗拉强度、延伸率等检测采用GB/T 228-2002对金属材料室温拉伸试验方法。

表1

从以上表格可以看出，实施例4的合金材料性能最佳。

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

1.一种高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，其特征在于：由以下成分及其重量百分比组成：

Cr 0.3—0.7%

Zr 0.2—0.5%

稀土元素 0.02—0.05%

Cu 余量

根据权利要求1所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，其特征在于：所述稀土元素为镧或铈的任意一种或两者混合物。

2.权利要求2所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料，其特征在于：所述稀土元素为镧或铈的两者混合物时，两者混合比例为镧：铈为1.3~1.6:2.1~2.5。

3.一种权利要求1所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

1）、熔炼、浇铸

2）、清洗

3）、退火

4）、冷加工

5）、检验

6）、包装入库：按要求包装，入库。

4.据权利要求4所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的熔炼炉为中频炉或半连续铸造工频炉的任意一种。

5.据权利要求4所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中清洗时间为0.3~0.6h。

6.据权利要求4所述的高导电高导热高硬度高耐磨EDM铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的退火时间为1.4~2.6h。