CN108754213A - 一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法，有以下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.5‑0.8％，锡0.4‑0.6％，不可避免的杂质铁小于等于0.03％，杂质铅小于等于0.03％，余量为铜；本发明选取材料价格较低锡元素用于取代银，从而降低材料的制作成本，并且添加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；提高材料的实效硬化处理效果，满足材料在400℃环境下使用；提升材料在导电部件中的使用年限。

Description

一种发电机转子导体用铜基合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，特别涉及一种发电机转子导体用铜基合金 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，它是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，用来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，如 制作成电车线时，使用寿命比一般硬铜高2-4倍；以及良好的导电、导热、 耐蚀和加工性能等特点，可以焊接和钎焊；但是该材料实效硬化的效果不 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；另外，银的价格较高，会大大提高材料的生产成本。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术 的不足之处，公开了一种发电机转子导体用铜基合金材料，由如下重量百 分数的组分组成：氧化铝：0.5-0.8％，锡0.4-0.6％，不可避免的杂质铁小 于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％，余量为铜。
进一步地，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.6％，锡0.45％， 不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％， 余量为铜。
进一步地，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.65％，锡0.5％， 不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％， 余量为铜。
进一步地，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.7％，锡0.5％， 不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％， 余量为铜。
进一步地，所述氧化铝为颗粒状，并且颗粒的粒径为50-150μm。
本发明提供的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，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1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为40-60min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼10-15min后进行保温；
3)将氧化铝按照比例添加至保温完成的合金溶液中，升温至 1150-1200℃，并且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，以确定其合金成分在合格 范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，按照预定的 产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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3)中的搅拌速度为350r/min，搅拌时间为15min。
进一步地，步骤5)中振动频率设定为20-25次/秒，搅拌速度设定为 300r/min，拉拔速度为20mm/min。
进一步地，氧化铝为颗粒状，并且颗粒的粒径在50-150μm之间。
进一步地，步骤4)中通过斯派克直读光谱仪对合金水进行成分检测。
本发明取得的有益效果：
(1)本发明选取材料价格较低锡元素用于取代银，从而降低材料的 制作成本。
(2)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；提高材料的实效硬化处理效果，满足材 料在400℃环境下使用；提升材料在导电部件中的使用年限。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施 例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
按照质量百分比为氧化铝0.5％，锡0.4％以及余量的铜称取这些原料。 这些原料中不可避免地含有一些杂质，本发明要求杂质铁(Fe)相对于总 原料的质量百分比小于0.03％，杂质铅(Pb)相对于总原料的质量百分比 也小于0.03％。
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为40min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼10min后进行保温；
3)将粒径在50μm的颗粒状氧化铝按照比例添加至保温完成的合金 溶液中，升温至1150℃，并且开启搅拌装置进行机械搅拌，以350r/min 的搅拌速度搅拌15min，搅拌完成后降温至1050℃；
4)使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 确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，振动频率设 定为20次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min；按照 预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
按照本发明的方法所制备得到的铜基合金材料(标记为LZCuSn0.5- 0.7Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表1
实施例二
按照质量百分比为氧化铝0.6％，锡0.45％以及余量的铜称取这些原料。 这些原料中不可避免地含有一些杂质，本发明要求杂质铁(Fe)相对于总 原料的质量百分比小于0.03％，杂质铅(Pb)相对于总原料的质量百分比 也小于0.03％。
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为45min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼10min后进行保温；
3)将粒径在50μm的颗粒状氧化铝按照比例添加至保温完成的合金 溶液中，升温至1150℃，并且开启搅拌装置进行机械搅拌，以350r/min 的搅拌速度搅拌15min，搅拌完成后降温至1050℃；
4)使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 确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，振动频率设 定为20次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min；按照 预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
按照本发明的方法所制备得到的铜基合金材料(标记为LZCuSn0.5- 0.7Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表2
实施例三
按照质量百分比为氧化铝065％，锡0.5％以及余量的铜称取这些原料。 这些原料中不可避免地含有一些杂质，本发明要求杂质铁(Fe)相对于总 原料的质量百分比小于0.03％，杂质铅(Pb)相对于总原料的质量百分比 也小于0.03％。
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为50min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼12min后进行保温；
3)将粒径在100μm的颗粒状氧化铝按照比例添加至保温完成的合金 溶液中，升温至1175℃，并且开启搅拌装置进行机械搅拌，以350r/min 的搅拌速度搅拌15min，搅拌完成后降温至1050℃；
4)使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 确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，振动频率设 定为23次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min；按照 预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
按照本发明的方法所制备得到的铜基合金材料(标记为LZCuSn0.5- 0.7Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表3
实施例四
按照质量百分比为氧化铝0.7％，锡0.55％以及余量的铜称取这些原料。 这些原料中不可避免地含有一些杂质，本发明要求杂质铁(Fe)相对于总 原料的质量百分比小于0.03％，杂质铅(Pb)相对于总原料的质量百分比 也小于0.03％。
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为55min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼15min后进行保温；
3)将粒径在150μm的颗粒状氧化铝按照比例添加至保温完成的合金 溶液中，升温至1200℃，并且开启搅拌装置进行机械搅拌，以350r/min 的搅拌速度搅拌15min，搅拌完成后降温至1050℃；
4)使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 确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，振动频率设 定为25次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min；按照 预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
按照本发明的方法所制备得到的铜基合金材料(标记为LZCuSn0.5- 0.7Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表4
实施例五
按照质量百分比为氧化铝0.8％，锡0.6％以及余量的铜称取这些原料。 这些原料中不可避免地含有一些杂质，本发明要求杂质铁(Fe)相对于总 原料的质量百分比小于0.03％，杂质铅(Pb)相对于总原料的质量百分比 也小于0.03％。
1)将铜添加到电炉中，逐渐升温至1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间 为60min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼15min后进行保温；
3)将粒径在150μm的颗粒状氧化铝按照比例添加至保温完成的合金 溶液中，升温至1200℃，并且开启搅拌装置进行机械搅拌，以350r/min 的搅拌速度搅拌15min，搅拌完成后降温至1050℃；
4)使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 确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，振动频率设 定为25次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min；按照 预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
按照本发明的方法所制备得到的铜基合金材料(标记为LZCuSn0.5- 0.7Al2O3)与现有技术的TAg0.1材料的性能对比如下表：
表5
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合金材料其 成本降低，抗拉强度提高，伸长率提高，硬度提高，使材料的使用环境更 广，更加耐磨，提升了材料在导电部件中的使用年限，并且导电性能为降 低。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如 果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵 盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种发电机转子导体用铜基合金材料，其特征在于，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.5-0.8％，锡0.4-0.6％，不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料，其特征在于，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.6％，锡0.45％，不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％，余量为铜。
3.根据权利要求1所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料，其特征在于，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.65％，锡0.5％，不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％，余量为铜。
4.根据权利要求1所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料，其特征在于，由如下重量百分数的组分组成：氧化铝：0.7％，锡0.5％，不可避免的杂质铁小于等于0.03％，不可避免的杂质铅小于等于0.03％，余量为铜。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料，其特征在于，所述氧化铝为颗粒状，并且颗粒的粒径为50-150μm。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，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1100℃对铜进行熔炼，熔炼时间为40-60min；
2)将锡按照比例添加到铜溶液中，继续熔炼10-15min后进行保温；
3)将氧化铝按照比例添加至保温完成的合金溶液中，升温至1150-1200℃，并且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，以确定其合金成分在合格范围之内；
5)开启振动装置和搅拌装置，并且开启铸造拉拔设备，按照预定的产品形状铸造毛坯型材，铸造温度为1050℃；
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。
7.根据权利要求6所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中的搅拌速度为350r/min，搅拌时间为15min。
8.根据权利要求6所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中振动频率设定为20-25次/秒，搅拌速度设定为300r/min，拉拔速度为20mm/min。
9.根据权利要求6所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，其特征在于，氧化铝为颗粒状，并且颗粒的粒径在50-150μm之间。
10.根据权利要求6所述的一种发电机转子导体用铜基合金材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中通过斯派克直读光谱仪对合金水进行成分检测。
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