CN106834796A - 一种用于配电柜的高强度铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括95～97%合金元素和3～5%的非金属材料；所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.5～3.5%、锰5.2～8.8%、镍0.02～0.06%、钨3～8%、镁2.8～4.2%、镉1.6～2.2%、锡0.1～0.3%、锌1.2～1.8%、余量为铜。本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其具有强度高、硬度高，耐磨性好、耐腐蚀性好及抗冲击性好的特点，其制备方法简单，制备成本低，所得铜合金材料可广泛应用于配电柜的生产，其强度高，散热性好，能有效的延长了配电柜及内部设备的使用寿命，值得推广。

Description

一种用于配电柜的高强度铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种用于配电柜的高强度铜合金材料及其制备方法。

背景技术

铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色，又称紫铜；纯铜密度为8.96，熔点为1083℃，具有优良的导电性、导热性、延展性和耐蚀性；主要用于制作发电机、母线、电缆、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、管道、太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。

配电柜（箱）分动力配电柜（箱）和照明配电柜（箱）、计量柜（箱），是配电系统的末级设备。配电柜是电动机控制中心的统称。配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合；电动机控制中心用于负荷集中、回路较多的场合。它们把上一级配电设备某一电路的电能分配给就近的负荷。这级设备应对负荷提供保护、监视和控制。配电柜作为电气行业重要的设备，被广泛应用于室内、室外及其他严苛的环境当中，铜合金因此良好的导电导热性能以及耐蚀性能，被广泛的用于配电柜的生产制造。然而，现有的配电柜用铜合金材料由于强度不够，抗冲击性能差，在使用过程中易产生严重的变形问题。基于上述陈述，本发明提出了一种用于配电柜的高强度铜合金材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料及其制备方法。

一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括以下重量百分比的原料：包括95～97%合金元素和3～5%的非金属材料；所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.5～3.5%、锰5.2～8.8%、镍0.02～0.06%、钨3～8%、镁2.8～4.2%、镉1.6～2.2%、锡0.1～0.3%、锌1.2～1.8%、余量为铜。

优选的，所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括以下重量百分比的原料：合金元素95.5～96.5%和非金属材料3.5～4.5%。

优选的，所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括以下重量百分比的原料：合金元素96%和非金属材料4%。

优选的，所述非金属材料为纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂或纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂中的一种。

优选的，所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.8～3%、锰5.5～8.5%、镍0.03～0.05%、钨4～7%、镁3～4%、镉1.8～2%、锡0.15～0.25%、锌1.4～1.6%、余量为铜。

优选的，所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝2%、锰6%、镍0.04%、钨5%、镁3.5%、镉1.9%、锡0.2%、锌1.5%、余量为铜。

本发明还提出了一种用于配电柜的高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3425～3450℃，熔炼18～25min后，降温至1250～1450℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼25～40min，边熔炼边以540～640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至815～850℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为30～50min，完成进行除气处理后，升温至1250～1450℃后保温，加入非金属材料，以540～640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为560～620℃，淬火处理时间为2～3h，回火处理温度为730～750℃，回火处理时间为1.5～2.5h。

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其具有强度高、硬度高，耐磨性好、耐腐蚀性好及抗冲击性好的特点，本发明通过科学的控制合金元素间的配比，在保证铜合金良好的导电导热性能的同时，有效的提高了其机械性能，易于铸造加工，成型性好，本发明还提出了一种用于配电柜的高强度铜合金材料的制备方法，利用合金元素高温熔融混合反应制成铜合金，并在熔融过程中加入非金属材料，高速混合均匀，铸造而得，其制备方法简单，制备成本低，减少了对环境有害的铅等元素，对环境友好，所得铜合金材料可广泛应用于配电柜的生产，其强度高，散热性好，能有效的延长了配电柜及内部设备的使用寿命，值得推广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括95%合金元素和5%的纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂；其中合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝2%、锰6%、镍0.05%、钨4%、镁3%、镉2%、锡0.15%、锌1.5%、余量为铜。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3430℃，熔炼24min后，降温至1300℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼35min，边熔炼边以540r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至840℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为40min，完成进行除气处理后，升温至1300℃后保温，加入纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂，以540r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为580℃，淬火处理时间为2.8h，回火处理温度为740℃，回火处理时间为2h。

实施例二

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括97%合金元素和3%的纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂；其中合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.5%、锰7%、镍0.02%、钨8%、镁2.8%、镉1.8%、锡0.3%、锌1.2%、余量为铜。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3450℃，熔炼18min后，降温至1250℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼40min，边熔炼边以590r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至815℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为35min，完成进行除气处理后，升温至1250℃后保温，加入纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂，以590r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为600℃，淬火处理时间为2.5h，回火处理温度为745℃，回火处理时间为1.8h。

实施例三

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括96%合金元素和4%的纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂；其中合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝3%、锰8%、镍0.04%、钨3%、镁4%、镉2.2%、锡0.1%、锌1.8%、余量为铜。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3425℃，熔炼25min后，降温至1400℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼28min，边熔炼边以640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至825℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为45min，完成进行除气处理后，升温至1400℃后保温，加入纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂，以640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为560℃，淬火处理时间为3h，回火处理温度为730℃，回火处理时间为2.5h。

实施例四

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括95.5%合金元素和4.5%的纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂；其中合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝2.5%、锰5.2%、镍0.03%、钨5%、镁4.2%、镉1.6%、锡0.25%、锌1.4%、余量为铜。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3440℃，熔炼22min后，降温至1350℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼30min，边熔炼边以550r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至850℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为30min，完成进行除气处理后，升温至1350℃后保温，加入纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂，以550r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为620℃，淬火处理时间为2h，回火处理温度为750℃，回火处理时间为1.5h。

实施例五

本发明提出的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，包括96.5%合金元素和3.5%的纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂；其中合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝3.5%、锰8.8%、镍0.06%、钨6%、镁3.5%、镉1.9%、锡0.2%、锌1.6%、余量为铜。

其制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3445℃，熔炼20min后，降温至1450℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼25min，边熔炼边以600r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至830℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为50min，完成进行除气处理后，升温至1450℃后保温，加入纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂，以600r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为610℃，淬火处理时间为2.2h，回火处理温度为735℃，回火处理时间为2.2h。

分别测试本发明实施例一～五中制备的用于配电柜的高强度铜合金材料的抗冲击强度，得出如下结果：

实施例	一	二	三	四	五
						抗冲击强度（MPa）	403	387	391	397	392

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，包括95～97%合金元素和3～5%的非金属材料；所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.5～3.5%、锰5.2～8.8%、镍0.02～0.06%、钨3～8%、镁2.8～4.2%、镉1.6～2.2%、锡0.1～0.3%、锌1.2～1.8%、余量为铜。

2.根据权利要求1所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：合金元素95.5～96.5%和非金属材料3.5～4.5%。

3.根据权利要求1所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：合金元素96%和非金属材料4%。

4.根据权利要求1所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，所述非金属材料为纳米级的碳化硅和碳化铁的复配剂或纳米级的碳化硅和石墨粉的复配剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝1.8～3%、锰5.5～8.5%、镍0.03～0.05%、钨4～7%、镁3～4%、镉1.8～2%、锡0.15～0.25%、锌1.4～1.6%、余量为铜。

6.根据权利要求1所述的一种用于配电柜的高强度铜合金材料，其特征在于，所述合金元素，包括以下重量百分比的原料：铝2%、锰6%、镍0.04%、钨5%、镁3.5%、镉1.9%、锡0.2%、锌1.5%、余量为铜。

7.一种根据权利要求1-6中的任一项所述的用于配电柜的高强度铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按所述重量百分比进行配料，先将钨加入到真空中频感应加热炉中，熔炼温度为3425～3450℃，熔炼18～25min后，降温至1250～1450℃保温，然后加入锰、镍、钨、镁、镉、锡和锌，继续熔炼25～40min，边熔炼边以540～640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后降温至815～850℃保温，得合金液A；

S2、向步骤S1中所得的合金液A内通入干燥氮气，保持氮气通入时间为30～50min，完成进行除气处理后，升温至1250～1450℃后保温，加入非金属材料，以540～640r/min转速进行搅拌混合，混合均匀后引流入铸腔内，冷却后得所需铸件B；

S3、对步骤S3中所得的铸件进行淬火处理和回火处理后冷却至室温即得，淬火处理温度为560～620℃，淬火处理时间为2～3h，回火处理温度为730～750℃，回火处理时间为1.5～2.5h。