CN108456801A - 一种原位Ni3Ti增强的铜合金及其制备方法 - Google Patents

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史晓斌
毛虎
杨宏亮
李永涛
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    • C22C9/00—Alloys based on copper
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种原位Ni3Ti增强的铜合金及其制备方法，属于新型金属的生产技术领域。该合金由铜、镍和钛三种原料通过熔炼获得，其中钛元素的原子百分比在0.5～2％之间，镍元素的原子百分比大于等于3倍的钛元素原子百分比。其制备方法是：首先通过电弧熔炼得到铜合金铸锭；将铸锭在500～650℃之间锻造，使之成为棒状；之后通过200～400℃温度下热拔得到较粗丝材，在经室温冷拔得到细丝；最后将细丝在150～550℃之间退火，得到最终丝材。Ni3Ti的加入不但显著提高铜合金的强度和硬度，而且对耐磨性和耐蚀性有一定的提高。本发明可得到高强度高电导率的铜合金丝材，可广泛应用于电力输送、通讯电缆、机械设备制造等领域。

Description

一种原位Ni3Ti增强的铜合金及其制备方法
技术领域
本发明属于新型金属的生产技术领域，具体涉及铜合金及铜基复合材料，特别涉及一种Ni3Ti金属间化合物增强的铜合金或铜基复合材料。
背景技术
铜合金及铜基复合材料具有良好的导电性，因而广泛应用于电力输送、通讯电缆、机械设备制造等领域。纯铜由于强度低而应用受限。铜合金的增强手段主要通过添加细小的第二相粒子(例如TiB2、Al2O3、SiC、TiC等)。大多颗粒增强采用的是离位方法，即先通过制造铜和第二相粉末，在经混合、压制、烧结最终得到块状材料。这种方法很难使第二相分布均匀，且第二相颗粒尺寸较大，使增强效果降低。
Ni3Ti作为一种金属间化合物，经常被用来增强Fe、Ni等合金，但还未被用作增强铜合金。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种原位Ni3Ti增强的铜合金或铜基复合材料及其制造方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明通过熔炼铜、镍和钛金属原料，其中钛的原子百分比为0.5～2％，从而得到原位Ni3Ti增强的铜合金，其中Ni3Ti含量为2～8体积％。即，本发明铜合金的特征在于：通过熔炼和铸造的方法得到原位Ni3Ti增强的铜合金。其中Ni3Ti可以通过共晶反应获得，也可以通过时效析出获得。Ni3Ti的体积百分含量主要由熔炼过程中加入的钛元素原子百分比计算得出，即若加入钛元素的原子百分比为1％，所得的Ni3Ti的体积百分含量约为4％。熔炼时所加入的镍元素原子百分含量应大于等于3倍的钛元素的原子百分比。
合金丝材的制造方法：首先按照上述元素原子百分比配料后混合，通过电弧熔炼得到铜合金铸锭；接着将铸锭在500～650℃之间锻造，使之成为棒状；之后通过200～400℃温度下热拔得到较粗丝材，在经室温冷拔得到细丝；最后将细丝在150～550℃之间退火，得到最终丝材。
本发明的科学原理：
Ni3Ti具有高硬度、高耐磨性，除此之外，Ni3Ti还可以产生一定量的塑性变形。在相图中铜与Ni3Ti可发生共晶反应，从而得到原位复合材料，因此Ni3Ti可作为Cu的原位增强相。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、Ni3Ti的加入不但显著提高铜合金的强度和硬度，而且对耐磨性和耐蚀性有一定的提高；
2、铜与Ni3Ti可发生共晶反应，通过熔炼、铸造得到原位复合材料，方法简单、增强相分布均匀且与基体之间的结合牢固，增强效果更明显；
3、Ni3Ti具有一定的塑性变形能力，与铜复合后得到的合金具有较好的塑性加工性能；
4、本发明可得到高强度高电导率的铜合金丝材，可广泛应用于电力输送、通讯电缆、机械设备制造等领域。
附图说明
图1本发明Cu92Ni6Ti2合金的SEM照片；
由图可知，Cu92Ni6Ti2合金的SEM照片显示合金中不仅存在大量析出的Ni3Ti颗粒，还有延晶界分布的棒状Ni3Ti。
图2本发明Cu92Ni6Ti2合金的拉伸应力应变曲线；
由图可知，Cu92Ni6Ti2合金不同温度退火后的拉伸应力应变曲线显示合金强度最高可达到675MPa。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
1.熔炼Cu96Ni3Ti1合金：按各元素原子百分比配料后混合，得到1kg混合金属原料，通过电弧熔炼得到Cu96Ni3Ti1合金铸锭。将铸锭700℃时效2小时。熔炼后的合金通过扫描电子显微镜(SEM)观察可知，Ni3Ti主要以细小颗粒的形式存在，颗粒直径小于200nm。
2.锻造拉拔：将铸锭550℃锻造，使之热变形为棒状，直径约为在通过400℃热拔得到的丝材；最后直接将丝材冷拔至
3.热处理：将的Cu96Ni3Ti1合金丝材放置于热处理炉中，分别在150℃、250℃、350℃、450℃和550℃温度下退火10min。
4.力学性能及电导率测试：力学性能测试采用万能试验机，得出退火后的合金丝材的抗拉强度在480～570MPa之间，其中150℃退火丝材的强度最大，达到了570MPa；电导率测试采用综合物理性能测试仪(PPMS)，得出退火后合金丝材的电导率在45％～55％IACS之间，其中550℃退火丝材电导率最高。
实施例2
1.熔炼Cu92Ni6Ti2合金：按各元素原子百分比配料后混合，得到1kg混合金属原料，通过电弧熔炼得到Cu92Ni6Ti2合金铸锭。将铸锭700℃时效2小时。熔炼后的合金通过SEM观察可知，Ni3Ti以两种形态存在，一种为200nm以下的细小颗粒，另一种呈0.5～2μm直径的棒状，棒状Ni3Ti应为共晶反应的产物。
2.锻造拉拔：将铸锭600℃锻造，使之热变形为棒状，直径约为在通过400℃热拔得到的丝材；最后直接将丝材冷拔至
3.热处理：将的Cu92Ni6Ti2合金丝材放置于热处理炉中，分别在150℃、250℃、350℃、450℃和550℃温度下退火10min。
4.力学性能及电导率测试：力学性能测试采用万能试验机，得出退火后的合金丝材的抗拉强度在450～675MPa之间，其中150℃退火丝材的强度最大，达到了675MPa；电导率测试采用PPMS，得出退火后合金丝材的电导率在42％～52％IACS之间，其中550℃退火丝材电导率最高。

Claims (2)

1.一种原位Ni3Ti增强的铜合金，其特征在于，该合金由铜、镍和钛三种原料组成，其中：钛元素的原子百分比在0.5～2％之间，镍元素的原子百分比大于等于3倍的钛元素原子百分比。
2.一种如权利要求1所述铜合金的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)按照权利要求1元素原子百分比配料后混合，通过电弧熔炼得到铜合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的铜合金铸锭在500～650℃之间锻造，使之成为棒状；
(3)之后通过200～400℃温度下热拔得到较粗丝材，在经室温冷拔得到细丝；
(4)最后将细丝在150～550℃之间退火，得到最终铜合金丝材。
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