CN109097622A - 一种导电率大于78%iacs铜合金板制备成形技术 - Google Patents

Abstract

一种导电率大于78％IACS铜合金板的制备成形技术，属于材料挤压成形领域。通过在熔炼过程中添加微量稀土Ce元素、浇铸形成坯料后，在特定模具中再挤压加热后的坯料，其中模具外设计电磁线圈进行预热和温度控制，模具内表面喷涂上高温润滑脂增加金属流动，挤压模具整体主要由挤压套、挤压凸模、双V形凹模、成形模四个主要部分组成，两个V形的挤压槽设计便于控制金属流动，使铜合金板各部分变形更均匀，很大地提高铜合金板的导电性能。

Description

一种导电率大于78％IACS铜合金板制备成形技术

技术领域

本发明属于挤压成形领域，特别是涉及一种导电率大于78％IACS铜合金板的制备成形工艺。

技术背景

随着国家推行节能减排的政策，要求经济社会的绿色可持续发展，降低能源消耗，节约成本，促进环保，提高生产效率成为时代发展的趋势。在我们的社会发展中，材料是构成我们社会的物质基础，只有从材料着手，从材料的加工制备改进，才可以更好地适应我们经济社会的快速发展。

目前车用冰箱制造的材料主要是铝合金板材，它的导电性能相对较低，不能满足高导电性的要求，耗费能源较大。随着节能减排的政策实施，越来越多的企业意识到节能的重要性，研究和开发汽车冰箱用具有更高导电率的合金板材是很多企业急需要解决的问题。

铜是人类历史上应用最早的金属，也是应用很广泛的金属，铜在导电，导热方面有着很强的优势，导电性是金属元素中仅次于银而居第二位，是电气仪表，化工，机械、汽车等领域十分重要的材料。另外，铜还有优良的加工成型性能，铜中适量的加入一些合金，可以实现高强度和高导电率的完美结合。在工业纯铜(99.5％Cu)中，不可避免地含有少量的Fe、Pb、Zn以及微量的As、S、Bi等元素，这些元素都会降低Cu的导电率，增大电阻。研究发现，稀土Ce元素是对铜合金降低电阻率比较有效的一种元素。当铜合金中加入Ce元素之后，Ce与铜合金中的杂质元素有很强的作用能力，可以生成难熔的金属间化合物留在熔渣中，从而净化了铜合金，减少了杂质含量，提高了铜合金的导电性。

目前对于导电率大于78％IACS铜合金板材的制备工艺研究还未见报导，怎样制备加工出高强度高导电率的铜合金板材是研究人员的重点。对比轧制和锻造加工方法，挤压成形有其独特的优点，首先金属在挤压成形过程中受到比锻造轧制更强烈的三向压缩应力，可以充分发挥金属材料本身的塑性，其次，挤压成形更加灵活方便，更换模具等挤压工具就可以实现不同形状规格的制品，简单高效，节约成本，另外挤压成形的金属制品表面精度高，提高了材料的利用率。针对上述问题，本发明提出了一种大于78％IACS导电率的铜合金板制备成形技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大于78％IACS导电率的铜合金板制备成形技术，通过在熔炼过程中添加微量稀土Ce元素、浇铸形成坯料后，在特定模具中经过预变形再挤压加热后的坯料，最终挤压成形出大于78％IACS导电率的铜合金板。

所要解决的技术问题是提供一种导电率大于78％IACS铜合金板挤压成形的挤压模具，主要由挤压套、挤压凸模、双V形凹模、成形模四个主要部分组成。模具外设计电磁加热线圈进行预热，在模具内表面喷涂上高温润滑脂增加金属流动。

本发明提出的一种大于78％IACS导电率的铜合金板制备成形技术，其特征在于，所述工艺方法含有以下步骤：

(1)导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备，导电率大于78％IACS铜合金基体采用Cu-Cr合金，Cu-Cr合金强度较高，Cr元素能有效增加Cu合金的强度及耐热性，同时对Cu合金的导电性能降低较小。稀土Ce元素在熔炼过程中使用Cu-Ce中间合金有利于减小Ce的挥发，增加材料利用效率。将一定量的Cu-Cr合金加入Cu-Ce合金放入中频感应熔炼炉熔炼，当合金液完全熔化后充分搅拌，使成分均匀。之后静置一段时间以保证杂质元素通过沉淀去除。保温一定时间后，向铜液中撒入覆盖剂，加入覆盖剂再静置一定时间，扒渣，随后出炉浇铸在模具中，完成导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备。

(2)导电率大于78％IACS铜合金挤压模具的设计，本发明设计了导电率大于78％IACS铜合金挤压模具，包括挤压套、挤压凸模、双V形凹模、成形模四个主要部分。凹模的挤压槽设计为V形，目的是使铜合金坯料产生预变形，从而有效减小了成形阻力。成形模的挤压槽设计成最终成形件的形状，以保证成形件的尺寸精度。盛放在挤压套内的坯料在挤压凸模的推动作用下依次通过V形凹模与成形模，最终成形为所需板材。此外，本发明还建立了模具预热和温度控制系统，模具预热温度选择为600℃。模具需要适当的润滑，在模具内表面涂上高温润滑脂，涂抹量占挤压套和挤压凸模空隙的1/3至1/2。既可以增加模具寿命和有利于金属流动，并可以保证挤压后得到的铜板的表面质量较好。

(3)导电率大于78％IACS铜合金板挤压成形，将步骤(1)制备好的坯料进行700℃的保温处理后，快速转移放入经过预热的挤压套中，压力机提供压力并推动挤压凸模使坯料产生流动、变形。坯料首先通过凹模第一个V形，产生预变形，金属进行第一次分配，形成厚度比较大的合金板，然后再进入凹模的第二个V形，进行第二次变形，最后经过成形模挤压出最终要求厚度的导电率大于78％IACS铜合金板。

本发明具有的优点和积极效果是：通过采用上述技术方案，导电率大于78％IACS的铜合金板加工成形得以实现。本发明与传统技术相比较，由于目前对导电率大于78％IACS铜合金板的加工工艺还未见报道，在一定程度上限制了导电率大于78％IACS铜合金板的应用，而且在挤压成形过程中由于模具结构设计不合理，容易出现组织不均匀，板材弯曲不平，裂纹等缺陷，性能较差。本发明制备加工一种导电率大于78％IACS的铜合金板，熔炼时添加微量稀土Ce，采用挤压工艺，设计双V形凹模，其中两个V形的挤压槽设计便于控制金属流动，改善模具的受力条件，大大提高成品率和模具寿命。金属材料在成形过程中不是一次成形，而是经过两次预成形和最后的终成形，减小了成形过程中的阻力，增加了铜合金板中的变形均匀性，大幅度提高了板材成形件的导电性能。

附图说明

图1为要成形的导电率大于78％IACS铜合金板。图2为导电率大于78％IACS铜合金板挤压过程示意图，图中包括挤压套1、挤压凸模2、V形凹模3、成形板4、坯料5、成形模6、电磁线圈7。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

在本发明中，合金熔炼过程中不需要进行搅拌，只有当炉料完全熔化后才可以均匀搅拌。

在本发明中，选择中频感应加热炉熔炼，因为中频感应炉具有加热熔化速度快，铜液温度均匀，可以严格控制化学成分，并可通过功率调节控制升温速度等优点。在大气中熔炼能使铜液在熔化过程处于微氧化气氛中，这样可以有效排除氢气，从而减少合金液的吸气。

在本发明中，精炼要保证一定的时间，以彻底除气除渣。精炼后要撒入覆盖剂，然后静置一段时间。覆盖剂使用硼砂、玻璃和鳞片石墨作为复合熔剂，减少夹渣，达到精炼的目的，同时可以起到脱氧作用。

在本发明中，熔体浇铸温度不宜过高，过高会使金属液发生二次氧化，也不宜过低，温度过低会出现铸件补液不及时导致的缺陷，浇注温度选在1150-1200℃，浇铸时流速要平稳，不要断流。

在大于78％IACS导电率的铜合金板挤压成形速度控制在200mm/s左右，挤压速度过快或者过慢都会导致金属流动的不均匀，从而降低铜合金板的导电性能。

在大于78％IACS导电率的铜合金板挤压成形过程中，挤压套直径要与坯料直径大致相同，中间留有一定间隙，V形凹模的挤压槽要设计一定的斜度，减小金属液流动成形的阻力。

本发明的工作过程为：采用Cu-Cr合金基体，熔炼时添加微量稀土Ce，采用挤压工艺，将坯料加热到一定温度后，通过挤压凸模施加压力，使样品产生变形，设计V形凹模，其中两个V形的挤压槽设计便于控制金属流动，改善模具的受力条件，大大提高成品率和模具寿命。金属材料在成形过程中不是一次成形，而是经过两次预成形和最后的终成形，减小了成形过程中的阻力，增加了铜合金板中的变形均匀性，大幅度提高了板材成形件的导电性能，实现了导电率大于78％IACS的铜合金板的制备成形。

实施例一

本实施例以Cu-0.8Cr合金基体为例，通过挤压成形工艺制备如图1所示的导电率大于78％IACS铜合金板材。本实施例的具体步骤如下：

首先选用Cu-0.8Cr合金铸锭，并加入Cu-5％Ce合金，最终保证Ce元素含量为合金总含量的0.05％(质量百分数)。使用夹钳将铜合金铸锭盛放入陶瓷坩埚内，并将坩埚放入中频感应熔炼炉熔炼，当合金液完全熔化后充分搅拌，使成分均匀。之后静置30分钟以保证杂质元素通过沉淀去除。保温20min后，向铜液中撒入覆盖剂，覆盖剂使用硼砂、玻璃和鳞片石墨作为复合熔剂，加入覆盖剂静置20min，扒渣，随后出炉浇铸在模具中，完成导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备。设计并加工一套挤压模具，挤压模具由挤压套、挤压凸模、V形凹模、成形模四个主要部分组成。挤压套的大小按照铜合金坯料大小设计，更方便挤压。在模具内表面涂上高温润滑脂，开启电磁加热装置，控制模具最终预热温度为600℃。预热完成后，将制备好的铜合金坯料进行700℃的加热保温处理后，迅速取出并装入到挤压套中。开启压力机，以200mm/s的速度推动挤压凸模，最终成形出高导电率铜合金板。使用以上参数可以挤压成形得到导电率等于78.5％IACS铜合金板材。

实施例二

本实施例以Cu-0.8Cr合金基体为例，通过挤压成形工艺制备如图1所示的导电率大于78％IACS铜合金板材。本实施例的具体步骤如下：

首先选用Cu-0.8Cr合金铸锭，并加入Cu-5％Ce合金，最终保证Ce元素含量为合金总含量的0.10％(质量百分数)。使用夹钳将铜合金铸锭盛放入陶瓷坩埚内，并将坩埚放入中频感应熔炼炉熔炼，当合金液完全熔化后充分搅拌，使成分均匀。之后静置35分钟以保证杂质元素通过沉淀去除。保温30min后，向铜液中撒入覆盖剂，覆盖剂使用硼砂、玻璃和鳞片石墨作为复合熔剂，加入覆盖剂静置20min，扒渣，随后出炉浇铸在模具中，完成导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备。设计并加工一套挤压模具，挤压模具由挤压套、挤压凸模、V形凹模、成形模四个主要部分组成。挤压套的大小按照铜合金坯料大小设计，更方便挤压。在模具内表面涂上高温润滑脂，开启电磁加热装置，控制模具最终预热温度为600℃。预热完成后，将制备好的铜合金坯料进行700℃的加热保温处理后，迅速取出并装入到挤压套中，开启压力机，以200mm/s的速度推动挤压凸模，最终成形出高导电率铜合金板。使用以上参数可以挤压成形得到导电率等于79％IACS铜合金板材。

实施例三

本实施例以Cu-0.8Cr合金基体为例，通过挤压成形工艺制备如图1所示的导电率大于78％IACS铜合金板材。本实施例的具体步骤如下：

首先选用Cu-0.8Cr合金铸锭，并加入Cu-5％Ce合金，最终保证Ce元素含量为合金总含量的0.15％(质量百分数)。使用夹钳将铜合金铸锭盛放入陶瓷坩埚内，并将坩埚放入中频感应熔炼炉熔炼，当合金液完全熔化后充分搅拌，使成分均匀。之后静置40分钟以保证杂质元素通过沉淀去除。保温40min后，向铜液中撒入覆盖剂，覆盖剂使用硼砂、玻璃和鳞片石墨作为复合熔剂，加入覆盖剂静置20min，扒渣，随后出炉浇铸在模具中，完成导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备。设计并加工一套挤压模具，挤压模具由挤压套、挤压凸模、V形凹模、成形模四个主要部分组成。挤压套的大小按照铜合金坯料大小设计，更方便挤压。在模具内表面涂上高温润滑脂，开启电磁加热装置，控制模具最终预热温度为600℃。预热完成后，将制备好的铜合金坯料进行700℃的加热保温处理后，迅速取出并装入到挤压套中，开启压力机，以200mm/s的速度推动挤压凸模，最终成形出高导电率铜合金板。使用以上参数可以挤压成形得到导电率等于79.5％IACS铜合金板材。

以上所述的具体实施例，对本发明要解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种导电率大于78％IACS铜合金板的制备成形技术，是通过在熔炼过程中添加微量稀土Ce元素、浇铸形成坯料后，在特定模具中再挤压加热后的坯料，其中模具外设计电磁线圈进行预热和温度控制，模具内表面喷涂上高温润滑脂增加金属流动，挤压模具整体主要由挤压套、挤压凸模、双V形凹模、成形模四个主要部分组成。

2.如权利要求1所述的铜合金板的制备成形技术，其特征在于，双V形凹模的挤压槽设计便于控制金属流动，使铜合金板各部分变形更均匀，很大地提高铜合金板的导电性能。

3.如权利要求1所述的铜合金板的制备成形技术，其特征在于铜合金板导电率大于78％IACS。

4.如权利要求1所述的铜合金板的制备成形技术，其特征在于熔体浇注温度选在1150-1200℃，浇铸时流速要平稳。

5.如权利要求1所述的铜合金板的制备成形技术，其特征在于，所述制备成形技术含有以下步骤：

(1)导电率大于78％IACS铜合金坯料的制备，合金基体采用Cu-Cr合金，将一定量的Cu-Cr合金加入Cu-Ce合金放入中频感应熔炼炉熔炼，当合金液完全熔化后充分搅拌，使成分均匀。之后静置一段时间以保证杂质元素通过沉淀去除。保温一定时间后，向铜液中撒入覆盖剂，加入覆盖剂再静置一定时间，扒渣，随后出炉浇铸在模具中。

(2)电磁线圈预热模具和添加润滑，模具预热温度选择为600℃，应用电磁加热。在模具内表面涂上高温润滑脂，涂抹量占挤压套和挤压凸模空隙的1/3至1/2。

(3)铜合金板法的挤压成形，将制备好的坯料进行700℃的保温处理后，快速转移到经过预热的挤压套中，坯料首先通过凹模第一个V形，产生预变形，金属进行第一次分配，形成厚度比较大的合金板，然后再进入凹模的第二个V形，进行第二次变形，最后经过成形模挤压出最终要求厚度的导电率大于78％IACS铜合金板。