CN109777994A - 一种电子屏蔽铜合金线材及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子屏蔽铜合金线材及其制备方法及其应用，该电子屏蔽铜合金线材由以下重量百分数的组分组成：Fe：3.5～5％，Ni：0.05～1％，Cr：0.02～0.1％，Zn：0.01～0.2％，Mg：0.01～0.05％，Si：0.01～0.2％，余量铜及不可避免的微量杂质。本发明还提供了一种电子屏蔽铜合金线材的制备方法，采用该方法制备的铜合金具有良好的加工性能和铸造性能，同时合金强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。

Description

一种电子屏蔽铜合金线材及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铜合金材料技术领域，尤其涉及一种电子屏蔽铜合金线材及其制备方法和应用。

背景技术

国内一般屏蔽材料采用无氧铜丝为主，但无氧铜丝的电磁兼容性没有铜包钢材料好，因此其抗干扰性能较差。由于材料性能和生产工艺限制，现国内用于做屏蔽线的铜包钢规格一般多大于0.10mm，不能做到超细规格和线材编织所需的延伸率和柔软度。

目前，为了提高纯铜铜丝的其他电气性能，需要对传统的铜丝电线进行改进或者替换。现有技术中有用铜合金替代纯铜，这种铜合金电线强度高，但是其导电性、铁磁性以及弹性有所下降，这种电线的导电性、铁磁性以及弹性还有待进一步提高。因此如何提高铜合金电缆的导电性、铁磁性以及弹性是本领域技术人员急需解决的难题。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种电子屏蔽铜合金线材及其制备方法。

本发明提供了一种组分配比科学合理、合金强度高的第二相强化的电子屏蔽铜合金线材，同时该电子屏蔽铜合金线材还具有良好的铁磁性、弹性、优良的导电率和较好的耐应力松弛。

本发明还提供了一种工艺合理的弥散强化的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，采用该方法制备的铜合金具有良好的加工性能和铸造性能，同时合金强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种电子屏蔽铜合金线材，由以下重量百分数的组分组成：Fe：3.5～5％，Ni：0.05～1％，Cr：0.02～0.1％，Zn：0.01～0.2％，Mg：0.01～0.05％，Si：0.01～0.2％，余量铜及不可避免的微量杂质。

进一步地，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.2-4.8％，Ni：0.3-0.8％，Cr：0.04-0.08％，Zn：0.05-0.12％，Mg：0.02-0.04％，Si：0.08-0.15％，余量铜及不可避免的微量杂质。

进一步地，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.5％，Ni：0.5％，Cr：0.06％，Zn：0.1％，Mg：0.04％，Si：0.12％，余量铜及不可避免的微量杂质。

本发明的第二个方面是提供一种所述电子屏蔽铜合金线材的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温1～3h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1300～1450℃，静止6～10分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm；

(2)保温炉温度达到铸造温度1250～1450℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，拉铸棒坯规格Φ15～40mm，拉铸速度控制0.8～1.5m/min，铸坯出口温度控制在700℃～800℃，铸坯出极冷结晶器10～20mm处采用强冷却水进行铸坯在线淬水固溶冷却；

(3)依次进行拉拔、扒皮、中间软化退火；

(4)清洗后进行拉拔；

(5)成品多级阶梯时效；

(6)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直；

(7)成品检验、包装。

进一步地，步骤(2)中所述采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术的工艺为：在结晶器内安装电磁搅拌装置，搅拌电流5～10A，使在铸造过程中固液两相区域的Fe相受到电磁场作用，均匀分布，减弱铸造过程中Fe相的重力偏析、Fe相的富集长大。

进一步地，较快的拉铸速度为0.8～1.5m/min，同时配合采用50～110mm极冷结晶器，达到快速凝固效果，进一步减小合金的Fe偏析和Fe相富集长大现。

进一步地，步骤(2)中所述强冷却水的水压力为0.4～0.6MPa，出水温度为20～40℃。

进一步地，步骤(3)中所述拉拔加工率为60～85％，扒皮量为0.2～0.3mm。

进一步地，步骤(3)中所述软化退火700～850℃，时间1～2h，采用水冷。

进一步地，步骤(5)中所述多级阶梯时效为：先将时效温度升至450～550℃，保温0.5～1h，然后再将温度降至300～400℃，保温4～8h。

本发明的第三个方面是提供一种所述的电子屏蔽铜合金线材在制造屏蔽材料、弹性材料、电火花切割线、焊条、电磁波屏蔽材料、结构材料、放热材料、磁性导电材料中的应用。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供的电子屏蔽铜合金线材，相较于一般的铜合金，具有优异的铁磁性、导电性、导热性、弹性，同时由于存在第二相(Cu-Fe相)弥散强化作用，合金同时拥有了良好的抗拉强度、硬度、磁性等性能，可用于制造屏蔽材料、弹性材料、电火花切割线、焊条、电磁波屏蔽材料、结构材料、放热材料、磁性导电材料；在电子产品、半导体制造、汽车零部件、医疗器械等产业领域的应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例1中水平连铸铸坯的金相组织；

图2为本发明实施例1中成品的金相组织。

具体实施方式

本发明提供了一种组分配比科学合理、合金强度高的第二相强化的电子屏蔽铜合金线材，同时该电子屏蔽铜合金线材还具有良好的铁磁性、弹性、优良的导电率和较好的耐应力松弛。具体地，该电子屏蔽铜合金线材，由以下重量百分数的组分组成：Fe：3.5～5％，Ni：0.05～1％，Cr：0.02～0.1％，Zn：0.01～0.2％，Mg：0.01～0.05％，Si：0.01～0.2％，余量铜及不可避免的微量杂质。优选地，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.2-4.8％，Ni：0.3-0.8％，Cr：0.04-0.08％，Zn：0.05-0.12％，Mg：0.02-0.04％，Si：0.08-0.15％，余量铜及不可避免的微量杂质。更为优选地，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.5％，Ni：0.5％，Cr：0.06％，Zn：0.1％，Mg：0.04％，Si：0.12％，余量铜及不可避免的微量杂质。

本发明还提供一种所述电子屏蔽铜合金线材的制备方法，包括如下步骤：(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温1～3h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1300～1450℃，静止6～10分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm；(2)保温炉温度达到铸造温度1250～1450℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，拉铸棒坯规格Φ15～40mm，拉铸速度控制0.8～1.5m/min，铸坯出口温度控制在700℃～800℃，铸坯出极冷结晶器10～20mm处采用强冷却水进行铸坯在线淬水固溶冷却；(3)依次进行拉拔、扒皮、中间软化退火；(4)清洗后进行拉拔；(5)成品多级阶梯时效；(6)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直；(7)成品检验、包装。采用该方法制备的铜合金具有良好的加工性能和铸造性能，同时合金强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。

于上述技术方案的基础上，步骤(2)中所述采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术的工艺为：在结晶器内安装电磁搅拌装置，搅拌电流5～10A，使在铸造过程中固液两相区域的Fe相受到电磁场作用，均匀分布，减弱铸造过程中Fe相的重力偏析、Fe相的富集长大。较快的拉铸速度0.8～1.5m/min，同时配合采用50～110mm极冷结晶器，达到快速凝固效果，进一步减小合金的Fe偏析和Fe相富集长大现。且步骤(2)中所述强冷却水的水压力为0.4～0.6MPa，出水温度为20～40℃；优选地，所述强冷却水的水压力为0.5MPa，出水温度为32～35℃。

于上述技术方案的基础上，步骤(3)中所述拉拔加工率为60～85％，扒皮量为0.2～0.3mm；优选地，所述拉拔加工率为65～72％，扒皮量为0.25mm。步骤(3)中所述软化退火700～850℃，时间1～2h，采用水冷；优选地，所述软化退火780～820℃，时间1.2-1.5h，采用水冷。

于上述技术方案的基础上，步骤(5)中所述多级阶梯时效为：先将时效温度升至450～550℃，保温0.5～1h，然后再将温度降至300～400℃，保温4～8h；优选地，所述多级阶梯时效为：先将时效温度升至470～530℃，保温0.5～1h，然后再将温度降至320～380℃，保温4～6h；更为优选地，所述多级阶梯时效为：先将时效温度升至490～510℃，保温0.5h，然后再将温度降至350～360℃，保温4.5h。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。各实施例的电子屏蔽铜合金线材所采用的组分配比如下表1所示：

表1 各实施例的电子屏蔽铜合金线材中合金化学成分(wt％)

序号	Fe	Ni	Cr	Zn	Mg	Si	Cu
								实施例1	3.8	0.8	0.07	0.15	0.03	0.15	余量
实施例2	4.5	0.5	0.06	0.1	0.04	0.12	余量
								实施例3	4.2	0.7	0.05	0.05	0.02	0.14	余量
实施例4	4.8	0.4	0.04	0.07	0.02	0.1	余量

实施例1电子屏蔽铜合金线材的制备

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温1h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1350～1400℃，静止6分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm。

(2)保温炉温度达到铸造温度1300℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，结晶器冷却区长度70mm，安装电磁搅拌装置的搅拌电流5A，拉铸棒坯规格Φ26mm，拉铸速度控制0.8m/min，铸坯出口温度控制在720℃，铸坯出极冷结晶器10mm处采用强冷却水(水压力0.45MPa，出水温度20～40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却，该水平连铸铸坯的金相组织如图1所示。

(3)从Φ26mm经过多道拉拔至14mm，；

(4)然后采用凸模进行扒皮，扒皮量0.2mm，即从Φ14mm扒皮至Φ13.8mm；

(5)中间软化退火温度为750℃，保温1.5h，达到保温时间后迅速打开炉门进行水淬；

(6)表面清洗；

(7)从Φ13.8mm经过多道拉拔至成品Φ6mm。

(8)成品多级阶梯时效，先将时效温度升至500℃，保温0.5h，然后再将温度降至300℃，保温8h。

(9)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直，金相组织如图2所示。

(10)成品检验，包装。

实施例2电子屏蔽铜合金线材的制备

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温2h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1300～1350℃，静止8分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm。

(2)保温炉温度达到铸造温度1350℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，结晶器冷却区长度70mm，安装电磁搅拌装置的搅拌电流8A，拉铸棒坯规格Φ30mm，拉铸速度控制1.2m/min，铸坯出口温度控制在750℃，铸坯出极冷结晶器10mm处采用强冷却水(水压力0.45MPa，出水温度20～40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却。

(3)从Φ30mm经过多道拉拔至15mm，；

(4)然后采用凸模进行扒皮，扒皮量0.2mm，即从Φ15mm扒皮至Φ14.8mm；

(5)中间软化退火温度为820℃，保温1h，达到保温时间后迅速打开炉门进行水淬；

(6)表面清洗；

(7)从Φ14.8mm经过多道拉拔至成品Φ6mm。

(8)成品多级阶梯时效，先将时效温度升至550℃，保温0.5h，然后再将温度降至350℃，保温6h。

(9)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。

(10)成品检验、包装。

实施例3电子屏蔽铜合金线材的制备

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温1.5h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1400～1450℃，静止6分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm。

(2)保温炉温度达到铸造温度1300℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，结晶器冷却区长度70mm，安装电磁搅拌装置的搅拌电流10A，拉铸棒坯规格Φ32mm，拉铸速度控制0.8m/min，铸坯出口温度控制在780℃，铸坯出极冷结晶器10mm处采用强冷却水(水压力0.45MPa，出水温度20～40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却。

(3)从Φ32mm经过多道拉拔至14mm，；

(4)然后采用凸模进行扒皮，扒皮量0.2mm，即从Φ14mm扒皮至Φ13.8mm；

(5)中间软化退火温度为800℃，保温1h，达到保温时间后迅速打开炉门进行水淬；

(6)表面清洗；

(7)从Φ13.8mm经过多道拉拔至成品Φ6mm。

(8)成品多级阶梯时效，先将时效温度升至550℃，保温0.5h，然后再将温度降至400℃，保温4h。

(9)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。

(10)成品检验、包装。

实施例4电子屏蔽铜合金线材的制备

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温2h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1300～1350℃，静止10分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm。

(2)保温炉温度达到铸造温度1400℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，结晶器冷却区长度90mm，安装电磁搅拌装置的搅拌电流10A，拉铸棒坯规格Φ26mm，拉铸速度控制1.4m/min，铸坯出口温度控制在760℃，铸坯出极冷结晶器10mm处采用强冷却水(水压力0.45MPa，出水温度20～40℃)进行铸坯在线淬水固溶冷却。

(3)从Φ26mm经过多道拉拔至14mm，；

(4)然后采用凸模进行扒皮，扒皮量0.2mm，即从Φ14mm扒皮至Φ13.8mm；

(5)中间软化退火温度为700℃，保温2h，达到保温时间后迅速打开炉门进行水淬；

(6)表面清洗；

(7)从Φ13.8mm经过多道拉拔至成品Φ6mm。

(8)成品多级阶梯时效，先将时效温度升至450℃，保温0.5h，然后再将温度降至400℃，保温6h。

(9)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。

(10)成品检验、包装。

性能测试：

分别对上述实施例1-4制得的电子屏蔽铜合金线材进行硬度、抗拉强度、延伸率和导电率测试，测试结果分别如下表2所示：

表2 实施例1-4制备的电子屏蔽铜合金线材的性能测试结果：

从表2可以看到本发明制备的铜合金线材具有强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。可用于制造屏蔽材料、弹性材料、电火花切割线、焊条、电磁波屏蔽材料、结构材料、放热材料、磁性导电材料；在电子产品、半导体制造、汽车零部件、医疗器械等产业领域的应用前景广阔。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种电子屏蔽铜合金线材，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：Fe：3.5～5％，Ni：0.05～1％，Cr：0.02～0.1％，Zn：0.01～0.2％，Mg：0.01～0.05％，Si：0.01～0.2％，余量铜及不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材，其特征在于，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.2-4.8％，Ni：0.3-0.8％，Cr：0.04-0.08％，Zn：0.05-0.12％，Mg：0.02-0.04％，Si：0.08-0.15％，余量铜及不可避免的微量杂质。

3.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材，其特征在于，所述铜合金带材中各组分的重量百分数为：Fe：4.5％，Ni：0.5％，Cr：0.06％，Zn：0.1％，Mg：0.04％，Si：0.12％，余量铜及不可避免的微量杂质。

4.一种如权利要求1-3任一项所述电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配料、熔炼：按照铜合金线材的组分配比进行称料，将Cu、Ni、Fe、Cr、Zn、Si加入熔炼炉中升温熔化；待Fe熔化后，保温1～3h，加入Mg进行脱氧处理，将温度控制在1300～1450℃，静止6～10分钟后开始转入保温炉，采用经过600℃保温5小时的煅烧木炭覆盖，覆盖厚度80～110mm；

(2)保温炉温度达到铸造温度1250～1450℃时，采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术，拉铸棒坯规格Φ15～40mm，拉铸速度控制0.8～1.5m/min，铸坯出口温度控制在700℃～800℃，铸坯出极冷结晶器10～20mm处采用强冷却水进行铸坯在线淬水固溶冷却；

(3)依次进行拉拔、扒皮、中间软化退火；

(4)清洗后进行拉拔；

(5)成品多级阶梯时效；

(6)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直；

(7)成品检验、包装。

5.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述采用电磁搅拌水平连铸红锭铸造技术的工艺为：在结晶器内安装电磁搅拌装置，搅拌电流5～10A，使在铸造过程中固液两相区域的Fe相受到电磁场作用，均匀分布，减弱铸造过程中Fe相的重力偏析、Fe相的富集长大。

6.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述强冷却水的水压力为0.4～0.6MPa，出水温度为20～40℃。

7.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述拉拔加工率为60～85％，扒皮量为0.2～0.3mm。

8.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述软化退火700～850℃，时间1～2h，采用水冷。

9.根据权利要求1所述的电子屏蔽铜合金线材的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述多级阶梯时效为：先将时效温度升至450～550℃，保温0.5～1h，然后再将温度降至300～400℃，保温4～8h。

10.一种如权利要求1-3任一项所述的电子屏蔽铜合金线材在制造屏蔽材料、弹性材料、电火花切割线、焊条、电磁波屏蔽材料、结构材料、放热材料、磁性导电材料中的应用。