CN108642318B - 一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电弹性Cu‑Ti‑Ni‑Ag合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu90‑95.4％、Ag0.5‑2.5％、Ti2.5‑3.5％、Ni2.0‑4％，以上各组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了一种导电弹性Cu‑Ti‑Ni‑Ag合金的制备方法，包括以下步骤，采用纯度不小于99.9％的铜、海绵钛、镍块和银块为原料，将原料放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉进行熔炼，炉体内的真空度不低于10‑3Pa，在水冷铜坩埚中浇注，得到铸态Cu‑Ti‑Ni‑Ag合金，去除表面杂质后，在一定的温度下进行固溶处理，随后对合金进行适当的时效处理，即可获得导电弹性铜合金，与现有导电弹性铜合金制备相比较，本发明的制备方法简单可行，获得的Cu‑Ti‑Ni‑Ag合金综合性能优异。

Description

一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金，本发明还涉及该导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法。
背景技术
导电弹性铜合金是指具有优良弹性的同时又兼具有良好的导电性的一类合金，广泛应用于电子产品中电连接器的接插件，随着电子产品向小型化、多功能、高可靠、长寿命方向发展的要求，对制造接插件的导电弹性铜合金的性能也相应地提出了更高的要求，期望其具有良好的加工性能、高的弹性极限以及高屈服强度等。目前，规模化生产的高弹性铜合金主要是铍青铜，其由90％以上的纯铜和Be等元素组成，但是在制造过程中，生成的含Be氧化物有毒，对人体有着极大的危害，且Be元素价格昂贵，使其生产成本大幅度提升。降低导电弹性铜合金的生产成本，研发可替代铍青铜的无铍导电弹性铜合金具有重要的工程意义和实用价值。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金，解决了现有技术中Cu-Ti合金导电率低的问题。
本发明的另一个目的是提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu 90-95.4％、Ag 0.5-2.5％、Ti 2.5-3.5％、Ni 2.0-4％，以上各组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：铜块90-95.4％、银块0.5-2.5％、海绵钛2.5-3.5％、镍块2.0-4.0％，以上各组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体，进行保温处理，保温处理完成后迅速取出，再进行淬水处理，即得到固溶处理后的合金铸锭；
步骤4，将固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体，升温到350-550℃后，保温1-15小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
本发明的特点还在于，
步骤2的熔炼真空度不小于10-3Pa。
步骤3的固溶处理温度为800-980℃，保温3-6小时。
步骤3的淬水处理水温为20-30℃。
步骤1的铜块纯度不小于99.9％，镍块纯度不小于99.9％，银块纯度不小于99.9％，海绵钛纯度不小于99.9％。
步骤3和步骤4的保护气体为氩气。
本发明的有益效果是：本发明的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金，通过在Cu-Ti合金中引入对合金导电率影响很小的Ni元素和Ag元素，形成了分散均匀的第二相，提高了合金的弹性模量和导电率，获得了性能良好的导电弹性铜合金。
附图说明
图1是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金制备流程图；
图2是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金显微组织照片。
具体实施方式
本发明提供的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu90-95.4％、Ag 0.5-2.5％、Ti 2.5-3.5％、Ni 2.0-4％，以上各组分质量百分比之和为100％。
一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法具体流程如图1所示，具体操作步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块90-95.4％、纯度不小于99.9％的银块0.5-2.5％、纯度不小于99.9％的海绵钛2.5-3.5％、纯度不小于99.9％的镍块2.0-4.0％，以上各组分质量百分比之和为100％。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度不小于10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为800-980℃，保温3-6小时，固溶处理结束立即进行水淬，水淬水温为20-30℃，即得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到350-550℃后，保温1-15小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块90kg、纯度不小于99.9％的银块1.5kg、纯度不小于99.9％的海绵钛3.5kg、纯度不小于99.9％的镍块4kg。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.5×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为800℃，保温3小时，再进行水淬处理，水淬水温为25℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到350℃后，保温1小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
实施例2
步骤1，称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块95.4kg、纯度不小于99.9％的银块0.5kg、纯度不小于99.9％的海绵钛2.1kg、纯度不小于99.9％的镍块2.0kg。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.8×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为980℃，保温6小时，再进行水淬处理，水淬水温为30℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到550℃后，保温15小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
实施例3
步骤1，称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块93kg、纯度不小于99.9％的银块2.5kg、纯度不小于99.9％的海绵钛2.5kg、纯度不小于99.9％的镍块2.0kg。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.5×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为890℃，保温4.5小时，再进行淬水处理，淬水处理水温为25℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到450℃后，保温8小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
实施例4
步骤1，称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块92kg、纯度不小于99.9％的银块1.5kg、纯度不小于99.9％的海绵钛2.5kg、纯度不小于99.9％的镍块4.0kg。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.2×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为880℃，保温4小时，再进行淬水处理，淬水处理水温为25℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到500℃后，保温4小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
实施例5
步骤1，称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块92.5kg、纯度不小于99.9％的银块1.5kg、纯度不小于99.9％的海绵钛3kg、纯度不小于99.9％的镍块3kg；
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.5×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为850℃，保温5小时，再进行淬水处理，淬水处理水温为30℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到450℃后，保温10小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
实施例6
步骤1，称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块92kg、纯度不小于99.9％的银块1.6kg、纯度不小于99.9％的海绵钛3.2kg、纯度不小于99.9％的镍块3.2kg。
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.1×10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，进行固溶处理，固溶处理温度为900℃，保温3小时，再进行水淬处理，水淬水温为25℃，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体氩气，升温到400℃后，保温12小时，保温结束后随炉自然冷却至室温。
图2是Cu-Ti-Ni-Ag合金显微组织图片，可以看出，合金基体中分散着许多细小的析出相。
实施例与传统Cu-Ti合金性能参数如表1所示
表1实施例与Cu-Ti合金性能参数比较
样品名称 弹性模量/GPa 导电率/％IACS
实施例4 148.86 34.48
实施例5 152.24 35.68
实施例6 149.35 32.16
传统Cu-Ti合金 135.28 15.78
由实施例4到实施例6可以明显看出，本发明方法制备的Cu-Ti-Ni-Ag合金与Cu-Ti合金相比较，弹性模量与导电率均显著提高，实施例4制备的Cu-Ti-Ni-Ag合金弹性模量和导电率分别提高了10.04％和118.5％。实施例5制备的Cu-Ti-Ni-Ag合金弹性模量和导电率分别提高了12.54％和126.11％；实施例6制备的Cu-Ti-Ni-Ag合金弹性模量和导电率分别提高了10.4％和103.8％；能够制备出一种综合性能优良的导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金。

Claims (4)

1.一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：铜块90-95.4％、银块0.5-2.5％、海绵钛2.5-3.5％、镍块2.0-4.0％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将所述铜块、海绵钛、镍块和银块放入镁砂坩埚中，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度不小于10-3Pa，熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注，得到合金铸锭；
步骤3，将所述合金铸锭放入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体并在980℃温度下保温3-6小时，保温结束立即进行淬水，得到固溶处理后合金铸锭；
步骤4，将所述固溶处理后合金铸锭再次置入开启式真空-气氛管式炉中，通入保护气体，升温到350-550℃后，保温1-15小时，保温结束后随炉自然冷却至室温，获得导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金；
所述导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金按质量百分比由以下组分组成：
Cu 90-95.4％、Ag 0.5-2.5％、Ti 2.5-3.5％、Ni 2.0-4.0％，以上各组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法，其特征在于，步骤3所述的淬水处理水温为20-30℃。
3.根据权利要求1所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法，其特征在于，步骤1所述的铜块纯度不小于99.9％，镍块纯度不小于99.9％，银块纯度不小于99.9％，海绵钛纯度不小于99.9％。
4.根据权利要求1所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-Ag合金的制备方法，其特征在于，步骤3和步骤4所述的保护气体为氩气。
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