CN107419131A - 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107419131A
CN107419131A CN201710665723.7A CN201710665723A CN107419131A CN 107419131 A CN107419131 A CN 107419131A CN 201710665723 A CN201710665723 A CN 201710665723A CN 107419131 A CN107419131 A CN 107419131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base composites
locomotive
conductive parts
preparation
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710665723.7A
Other languages
English (en)
Inventor
孙飞
赵勇
埃塞尔·赛
佐罗叶斯夫·丹尼斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd filed Critical Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Priority to CN201710665723.7A priority Critical patent/CN107419131A/zh
Priority to PCT/CN2017/108225 priority patent/WO2019029023A1/zh
Publication of CN107419131A publication Critical patent/CN107419131A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper

Abstract

本发明公开了一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，该铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。本发明选取材料价格较低的锡材料取代银，从而降低材料的制作成本；添加Al2O3作为合金材料的弥散粒子，在保证合金材料导电性能的同时，提高材料的强度、硬度；提高材料的时效硬化处理效果，满足材料在400℃环境下的使用要求，提升了材料在导电部件中的使用年限。本发明还同时提供了这种铜基复合材料的制备方法，该方法通过对熔炼温度、熔炼时间、保温温度和时间、以及搅拌方式及速率等进行控制来有效地预防元素偏析，同时使增强相Al2O3的分布更加均匀，使该铜基复合材料的导电率和强度同时得到有效地改善。

Description

一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜基复合材料加工领域，具体涉及一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
TAg0.1银铜合金是一种合金材料，它通过在铜中加入少量的银，在不降低材料的导电、导热和塑形的同时，能够提高材料的软化温度(再结晶温度)和蠕变强度。该材料具有很好的耐磨性、导电性和耐腐蚀性，以及良好的导电、导热、耐蚀和加工性能等特点。但是该材料时效硬化的效果不显著，且易引起“氢病”，不宜在高温(如>370℃)还原性气氛中加工(退火、焊接等)和使用。而且，银的价格高，在工业中应用会明显提高材料的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种铜基复合材料，该材料能够满足较高温度的使用环境，在行业内具有非常重大的现实意义。
在现有技术中已有使用Al2O3作为增强相来提高铜基复合材料的强度的相关报道，但未曾有过将Al2O3添加到Cu-Sn合金中进行强化的相关记载。经发明人研究发现，将Al2O3添加到Cu-Sn合金中进行弥散强化时会出现Sn元素偏析的问题。
因此，为了克服上述问题以及实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。
进一步地，该铜基复合材料中各组分的质量百分比为Sn 0.05-0.25％、Al2O3 0.1-0.5％以及余量的铜。
进一步地，该Al2O3的粒径小于100μm。
进一步地，该Al2O3的粒径介于10μm与100μm之间。粒径太小的Al2O3生产成本高，而Al2O3粒径太大会影响最终制备复合材料的导电性。本发明选取该粒径范围内的Al2O3作为原料便于工业生产，同时节省成本，对导电性的影响也比较小。
进一步地，其中Cu为电解铜。
进一步地，该铜基复合材料的抗拉强度大于310MPa，伸长率大于10％，硬度大于120HB，使用环境温度高达450℃，弹性模量为125GPa，导电率为100％IACS；
铜基复合材料中，铁的质量百分含量不大于0.01％，铅的质量百分含量不大于0.01％。
本发明选取材料价格较低的锡材料取代银，从而降低材料的制作成本；添加Al2O3作为合金材料的弥散粒子，在保证合金材料导电性能的同时，提高材料的强度、硬度；提高材料的时效硬化处理效果，满足材料在400℃环境下的使用要求，提升了材料在导电部件中的使用年限。
本发明同时还提供了这种用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至约1150℃并进行熔炼；
2)将锡锭按照比例添加到熔炼炉中，继续熔炼，之后在约1100℃进行保温；
3)将氧化铝粉末按照比例添加至保温完成的合金液当中，升温至1200℃-1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌完成后降温至约1050℃；
4)对熔炼完成的铜合金水进行成分检测；
5)开启振动装置及搅拌装置，同时进行铸造拉拔，按照预定的产品形状铸造毛坯型材；以及
6)将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。
进一步地，步骤1)的熔炼时间为50-60分钟；步骤2)的熔炼时间为10-15分钟，保温时间为20-30分钟。
进一步地，步骤3)机械搅拌的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。
进一步地，步骤5)中振动装置的振动频率设置为25-30次/秒，搅拌装置的搅拌速度为300r/min，拉拔速度为20mm/min。
本发明的铜基复合材料的制备方法通过对熔炼温度、熔炼时间、保温温度和时间、以及搅拌方式及速率等进行控制来有效地预防元素偏析，同时使增强相Al2O3的分布更加均匀，使该铜基复合材料的导电率和强度同时得到有效地改善。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
实施例一
按照质量百分比为Sn 0.05％、Al2O3 0.1％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为100nm。其中原料中所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。
将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间50分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼15分钟，保温至1100℃，保温时间20分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1200℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。搅拌完成后降温至1050℃。采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内。开启振动装置及搅拌装置，振动频率设定为25次/秒，搅拌速度为300r/min。开启铸造拉拔设备，拉拔速度为20mm/min。按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度设定在1050℃。将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。
按照本实施例的方法所制备得到的铜基复合材料(标记为LZCuSn0.05-0.1Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表1
实施例二
按照质量百分比为Sn 0.2％、Al2O3 0.3％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为10μm。其中电解铜所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。
将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间55分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼10分钟，保温至1100℃，保温时间为25分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末按照比例添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15min。搅拌完成后降温至1050℃。采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内。开启振动装置及搅拌装置，振动频率设定为30次/秒，搅拌速度为300r/min。开启铸造拉拔设备，拉拔速度为20mm/min。按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度设定在1050℃。将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。
按照本实施例的方法所制备得到的铜基复合材料(标记为LZCuSn0.2-0.3Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表2
实施例三
按照质量百分比为Sn 0.25％、Al2O3 0.5％以及余量的电解铜称取这三种原料，其中Al2O3的粒径为100μm。其中电解铜所包含的杂质铁的质量百分比小于0.01％，铅含量少于0.01％。
将称取的电解铜添加到300kg中频电炉当中，进行熔炼，逐渐升温至1150℃，熔炼时间60分钟。将称取的锡锭添加到熔炼炉中，继续熔炼15分钟，保温至1100℃，保温时间为30分钟。将称取的氧化铝(Al2O3)粉末添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。搅拌完成后降温至1050℃。采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内。开启振动装置及搅拌装置，振动频率设定为30次/秒，搅拌速度为300r/min。开启铸造拉拔设备，拉拔速度为20mm/min。按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度设定在1050℃。将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的铜基复合材料(标记为LZCuSn0.25-0.5Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表3
由上表可知，按照本发明公开的成分配比及方法所制得的铜基复合材料其成本更低，抗拉强度更高，伸长率更高，硬度更大，使用环境温度更广，更耐磨，并且导电性也未降低。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料包含Sn、Al2O3以及Cu。
2.根据权利要求1所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料中各组分的质量百分比为Sn 0.05-0.25％、Al2O30.1-0.5％以及余量的铜。
3.根据权利要求2所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Al2O3的粒径小于100μm。
4.根据权利要求3所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Al2O3的粒径介于10μm与100μm之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述Cu为电解铜。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料，其特征在于，所述铜基复合材料的抗拉强度大于310MPa，伸长率大于10％，硬度大于120HB，使用环境温度高达450℃，弹性模量为125GPa，导电率为100％IACS；
所述铜基复合材料中，铁的质量百分含量不大于0.01％，铅的质量百分含量不大于0.01％。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1150℃并进行熔炼；
2)将锡锭按照比例添加到熔炼炉中，继续熔炼，之后在1100℃进行保温；
3)将氧化铝粉末按照比例添加至保温完成的合金溶液当中，升温至1200℃-1210℃，并开启搅拌装置进行机械搅拌，搅拌完成后降温至1050℃；
4)对熔炼完成的铜合金水进行成分检测；
5)开启振动装置及搅拌装置，同时进行铸造拉拔，按照预定的产品形状铸造毛坯型材；以及
6)将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，根据相应产品规格尺寸进一步加工处理，完成后包装入库。
8.根据权利要求7所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)的熔炼时间为50-60分钟；步骤2)的熔炼时间为10-15分钟，保温时间为20-30分钟。
9.根据权利要求7所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)机械搅拌的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为15分钟。
10.根据权利要求7所述的用于机车导电零部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中振动装置的振动频率设置为25-30次/秒，搅拌装置的搅拌速度为300r/min，拉拔速度为20mm/min。
CN201710665723.7A 2017-08-07 2017-08-07 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法 Pending CN107419131A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710665723.7A CN107419131A (zh) 2017-08-07 2017-08-07 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法
PCT/CN2017/108225 WO2019029023A1 (zh) 2017-08-07 2017-10-30 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710665723.7A CN107419131A (zh) 2017-08-07 2017-08-07 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107419131A true CN107419131A (zh) 2017-12-01

Family

ID=60437503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710665723.7A Pending CN107419131A (zh) 2017-08-07 2017-08-07 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107419131A (zh)
WO (1) WO2019029023A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108754213A (zh) * 2018-05-30 2018-11-06 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法
CN110144491A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 太原晋西春雷铜业有限公司 一种减少Cu-Ni-Sn合金铸造皮下裂纹的铸锭制备方法
CN111850343A (zh) * 2020-07-31 2020-10-30 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758280B (zh) * 2021-09-14 2023-10-20 云南锡业股份有限公司锡业分公司 一种锡加热保温方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60114544A (ja) * 1983-11-25 1985-06-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 抵抗溶接電極用アルミナ分散強化銅
CN106435252A (zh) * 2016-12-14 2017-02-22 苏州金仓合金新材料有限公司 一种碳化硅增强锑锡铜合金棒及其制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04131337A (ja) * 1990-09-20 1992-05-06 Mitsubishi Materials Corp 耐摩耗性に優れた銅基焼結合金
JP4514416B2 (ja) * 2003-06-02 2010-07-28 株式会社小松製作所 滑り軸受およびそれを用いる作業機連結装置
RU2436857C1 (ru) * 2010-08-18 2011-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Порошковый композиционный материал
CN102383003B (zh) * 2011-10-12 2013-01-09 钢铁研究总院 一种煤油泵用铜合金密封材料及其制备方法
CN103194659B (zh) * 2013-04-25 2015-01-28 北京科技大学 一种弥散强化铜基粉末冶金刹车片及其制备
CN105063459B (zh) * 2015-07-20 2017-05-17 广西民族大学 一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60114544A (ja) * 1983-11-25 1985-06-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 抵抗溶接電極用アルミナ分散強化銅
CN106435252A (zh) * 2016-12-14 2017-02-22 苏州金仓合金新材料有限公司 一种碳化硅增强锑锡铜合金棒及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘平等: "《高性能铜合金及其加工技术》", 31 May 2005, 冶金工业出版社 *
汪明朴等: "《先进高强导电铜合金》", 31 December 2015, 中南大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108754213A (zh) * 2018-05-30 2018-11-06 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法
CN110144491A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 太原晋西春雷铜业有限公司 一种减少Cu-Ni-Sn合金铸造皮下裂纹的铸锭制备方法
CN111850343A (zh) * 2020-07-31 2020-10-30 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019029023A1 (zh) 2019-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109306413B (zh) 一种高强度高导热的压铸铝合金材料及其制备方法和应用
CN107419131A (zh) 一种用于机车导电零部件的铜基复合材料及其制备方法
CN110306083B (zh) 高强韧铝硅基复合材料焊丝及其制备方法
CN105088033A (zh) 一种铝合金及其制备方法
JP2012524837A5 (zh)
CN106191518B (zh) 一种用于高铁机车的碳化硅锑锡锌铜复合材料及制备方法
CN107034372B (zh) 一种高强铸造铝合金的制备方法
CN101914708A (zh) 一种A1-Fe-Cu合金材料及其制备方法
CN109022960A (zh) 一种导热铝合金及其制备方法和应用
CN106636734A (zh) 高强度、高导电、高抗应力松弛铜合金弹性材料及其制备方法
WO2017070807A1 (zh) 一种TiB2增强的铸造青铜合金以及制造该合金的方法
CN107815571A (zh) 一种具有良好耐腐蚀性能的稀土铝合金材料的制备工艺
CN109735741B (zh) 一种多相强化的电子封装用铜合金及其制备方法
CN105177395A (zh) 一种镍铜合金的制造工艺
CN109439935A (zh) 一种铝铌硼中间合金细化剂的制备方法及其应用
CN107400799A (zh) 一种用于机车电子硬件设备的铜基合金材料及其制备方法
CN108950321B (zh) 石墨烯均匀分布增强铝合金及其制备方法
CN113502408B (zh) 一种含碲镍的高导铜合金及其制备方法
CN102021359B (zh) 高Ni、Si含量的Cu-Ni-Si合金的制备方法
CN106702225A (zh) 一种高导热铝合金及其制备方法
CN108754213A (zh) 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法
CN105779836B (zh) 一种耐腐蚀的镁合金及其制备方法
CN106995892B (zh) 一种铝合金线材及其制备方法
CN110387490A (zh) 一种高导热性能铸造铝硅合金及其制备方法
CN110257677A (zh) 一种新型高导热Al-Mg-Si合金

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171201