CN109355529A

CN109355529A - 一种铜合金

Info

Publication number: CN109355529A
Application number: CN201811499059.4A
Authority: CN
Inventors: 孙招辉
Original assignee: Renard Fluid Intelligence Technology Jiangsu Ltd By Share Ltd
Current assignee: Renard Fluid Intelligence Technology Jiangsu Ltd By Share Ltd
Priority date: 2018-12-08
Filing date: 2018-12-08
Publication date: 2019-02-19

Abstract

本发明公开了一种铜合金，包括如下质量百分比的组分：1.0~2.0%镍、0.6~1.0%锆、0.15~0.5%硼、0.003~0.004%稀土元素和余量的铜及不可避免的杂质；具有优异的导电性能、耐久性能、耐折性和耐磨性，综合使用性能优异。本发明还公开了一种铜合金的制备方法，操作简单、生产效率高，可以制备得到的性能均一、稳定的铜合金。

Description

一种铜合金

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，更具体的说是涉及一种铜合金及其制备方法。

背景技术

铜合金（copperalloy）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。随着科学技术的不断发展，近来对铜合金的耐久性、耐折性及导电性能等使用要求也越来越高。例如，从节省能源的角度出发，为了减轻重量和节省材料减小电线导体的直径是必然的选择，但是为了满足电线导体通电容量要求，导线的直径不能过度减小。另外，为了提高电工器材和导热器材的使用寿命，提高其原材料铜合金的耐久性、耐折性、耐磨性等是必然的需要。

但是，现有的铜合金其导电性能、耐久性、耐折性、耐磨性等不能得到整体的、明显的提高，导致其在使用过程中不能满足日益复杂的、增高的使用要求。

因此，提供一种综合使用性能明显提高的铜合金是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铜合金及其制备方法，其中制备过程简单、快速，制备得到的铜合金具有优异的导电性能、耐久性能、耐折性和耐磨性，综合使用性能优异。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜合金，包括如下质量百分比的组分：1.0~2.0%镍、0.6~1.0%锆、0.15~0.5%硼、0.003~0.004%稀土元素和余量的铜及不可避免的杂质。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中同时加入镍、硼可以形成镍硼金属间化合物，从而可以显著提高铜合金的导电性能；同时本发明中加入锆金属，可以显著提高铜合金的物理机械强度，从而提高其耐折性、耐磨性能等；并且，加入稀土元素能够改变铜合金内部的晶体排列，提高电子的通过率，从而提高铜合金的通电容量，进一步额提高铜合金的导电性能。

优选的，还包括如下质量百分比的组份：0.55~0.6%锌、0.55~0.6%钴、0.4~0.5%的锡和0.15~0.3%铁。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中加入锌、钴、锡和铁与铜相互配合，可以进一步提高铜合金的物理机械性能和耐久性能，从而得到综合使用性能优异的铜合金。

优选的，所述稀土元素包括镧、铈、镨或钕中的一种或两种。

本发明还提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据如上所述的一种铜合金，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1100~1130℃使铜熔化成纯铜液，并保温16~18min至铜液澄清；然后加入镍、锆和硼，升温至1200~1230℃并保温22~25min；接着加入稀土元素继续保温22~25min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为16~18%的硫酸溶液中进行酸洗，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至320~380℃进行退火处理，去除坯料应力；

（5）冷加工：将经退火处理的坯料加工成表面平整的、符合要求规格的精坯料；

（6）检验：加工后的精坯料置于检验台进行检验，检验合格后按要求包装、入库。

本发明公开的铜合金的制备方法操作简单，可以制备得到的性能均一、稳定的铜合金；其中经过熔炼过程可以使原料之间充分混合均匀，从而得到性质均一的铜合金，且经过浇铸过程可以得到结构稳定的铜合金；接着经过清洗、退火过程能够有效的消除坯料应力，使得到的产品的物理机械性能优异。

优选的，所述步骤（2）中加入镍、锆和硼同时还加入锌、钴、锡和铁。

优选的，所述步骤（2）中铜是纯度为4N的电解铜。

优选的，所述步骤（3）中清洗时间为0.8~1.0h。

优选的，所述步骤（4）中退火时间为3.0~3.5h。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种铜合金及其制备方法，具有如下有益效果：

（1）本发明公开的铜合金具有优异的导电性能、耐久性能、耐折性和耐磨性，综合使用性能优异；

（2）并且，本发明制备得到的铜合金性能均一、稳定，使用寿命长；

（3）同时，本发明公开的制备方法简单、高效，生产效率高、发展前景优异。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种铜合金，包括如下质量百分比的组分：1.0~2.0%镍、0.6~1.0%锆、0.15~0.5%硼、0.003~0.004%稀土元素、0.55~0.6%锌、0.55~0.6%钴、0.4~0.5%的锡、0.15~0.3%铁和余量的铜以及不可避免的杂质。

为了进一步的优化技术方案，稀土元素包括镧、铈、镨或钕中的一种或两种。

（1）根据如上所述的一种铜合金，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1100~1130℃使铜熔化成纯铜液，并保温16~18min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1200~1230℃并保温22~25min；接着加入稀土元素继续保温22~25min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为16~18%的硫酸溶液中清洗0.8~1.0h，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至320~380℃退火处理3.0~3.5h，去除坯料应力；

实施例1

本发明实施例1提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据一种铜合金包括如下质量百分比的组分：1.0%镍、0.6%锆、0.15%硼、0.003%镧、0.55%锌、0.55%钴、0.4%的锡、0.153%铁和余量纯度为4N的电解铜，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1100℃使铜熔化成纯铜液，并保温18min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1200℃并保温25min；接着加入镧继续保温25min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为18%的硫酸溶液中清洗0.8h，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至320℃退火处理3.0h，去除坯料应力；

实施例2

本发明实施例2提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据一种铜合金包括如下质量百分比的组分：2.0%镍、1.0%锆、0.5%硼、0.004%镧和铈的混合物、0.6%锌、0.6%钴、0.5%的锡、.3%铁和纯度为4N的电解铜，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1130℃使铜熔化成纯铜液，并保温16min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1230℃并保温22min；接着加入稀土元素继续保温22min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为16%的硫酸溶液中清洗1.0h，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至380℃退火处理3.0h，去除坯料应力；

实施例3

本发明实施例3提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据一种铜合金包括如下质量百分比的组分：1.5%镍、0.8%锆、0.3%硼、0.0035%铈和镨的混合物、0.58%锌、0.56%钴、0.45%的锡、0.2%铁和余量纯度为4N的电解铜，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1125℃使铜熔化成纯铜液，并保温17min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1215℃并保温23min；接着加入稀土元素继续保温24min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为17%的硫酸溶液中清洗0.9，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至350℃退火处理3.5h，去除坯料应力；

实施例4

本发明实施例4提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据一种铜合金包括如下质量百分比的组分：1.6%镍、0.9%锆、0.35%硼、0.0038%镧和钕的混合物、0.57%锌、0.59%钴、0.48%的锡、0.25%铁和余量纯度为4N的电解铜，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1120℃使铜熔化成纯铜液，并保温18min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1225℃并保温25min；接着加入稀土元素继续保温25min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

（3）清洗过程：将制成的坯料加入至质量百分比为18%的硫酸溶液中清洗1.0h，清除表面污渍和氧化层；

（4）退火处理：接着将将清洗后的坯料置于退火炉中，升温至380℃退火处理3.5h，去除坯料应力；

实施例5

本发明实施例5提供了一种铜合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）根据一种铜合金包括如下质量百分比的组分：2.0%镍、1.0%锆、0.5%硼、0.004%铈和钕的混合物和纯度为4N的电解铜，量取各原料备用；

（2）熔炼和浇铸：将称量得到的纯度为4N的电解铜加入至熔炼炉中，在隔氧保护条件下升温至1130℃使铜熔化成纯铜液，并保温18min至铜液澄清；然后加入镍、锆、硼、锌、钴、锡和铁，升温至1230℃并保温25min；接着加入稀土元素继续保温25min；最后使用水冷模具进行浇铸成坯，得到坯料；

对上述实施例1~5制备得到的铜合金进行导电性能和力学性能检测。

一、导电性能检测

导电率测试按照《GB/T3048-2007电线电缆电性能试验方法第2部分：金属材料电阻率试验》，本试验仪器为ZFD微电脑电桥直流电阻测试仪，样品长度为500mm，用％IACS表示，结果如下表1所示

二、力学性能检测

室温拉伸试验按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，在电子万能力学性能试验机上进行，试样采用比例系数为5.65的圆形横截面比例试样，得到屈服强度和延伸率，结果如下表1所示。

三、洛氏硬度检测

洛氏硬度检测采用GB/T 231-2002中金属洛氏硬度试验方法进行，得到的结果如下表1所示。

表1

	导电率/％IACS	屈服强度/MPa	延伸率/%	洛氏硬度（HV）
					实施例1	65.1	675	16.9	187
实施例2	66.8	661	17.1	196
					实施例3	62.4	659	15.7	189
实施例4	59.3	648	16.8	188
					实施例5	57.2	617	13.4	183

由上述数据可以明显得知，本发明制备得到的铜合金导电率高，说明其具有优异的导电性能，而且屈服强度高、硬度高和延伸率高，说明具有优异的力学性能，所以本发明制备得到的铜合金不仅具有优异的电学性能，而且具有优异的物理机械性能，综合性能优异。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种铜合金，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：1.0~2.0%镍、0.6~1.0%锆、0.15~0.5%硼、0.003~0.004%稀土元素和余量的铜及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种铜合金，其特征在于，还包括如下质量百分比的组份：0.55~0.6%锌、0.55~0.6%钴、0.4~0.5%的锡和0.15~0.3%铁。

3.根据权利要求1或2所述的一种铜合金，其特征在于，所述稀土元素包括镧、铈、镨或钕中的一种或两种。

4.一种铜合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）根据权利要求1~3任意一项所述的一种铜合金，量取各原料备用；

5.根据权利要求4所述一种铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中加入镍、锆和硼同时还加入锌、钴、锡和铁。

6.根据权利要求4所述一种铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中铜是纯度为4N的电解铜。

7.根据权利要求4所述的一种铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中清洗时间为0.8~1.0h。

8.根据权利要求4所述的一种铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中退火时间为3.0~3.5h。