CN110777280A - 一种插座用铜镍锡合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种插座用铜镍锡合金及其制备方法，质量百分比计，含有以下的成分：Ni:8～12wt％、Sn：2.5～3.8wt％、Si：0.07～0.16wt％、B：0.02～0.09wt％、W：0.03～0.06wt％、Be：0.01～0.02wt％、余量为Cu。本发明对插座用铜镍锡合金的组分进行了优化调整，各元素之间协同作用，能显著提高了铜镍锡合金的强度、耐腐蚀性、耐热性和弹性，制备的铜镍锡合金能在空气中长期存放仍能保持光亮美观、不变暗。

Description

一种插座用铜镍锡合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种插座用铜镍锡合金及其制备方法。
背景技术
插座，又称电源插座、开关插座。插座是指有一个或一个以上电路接线可插入的座，通过它可插入各种接线。其中，插套是插座中重要的组成部分，大部分由接触片折成紧口“U”形使用，它具有一定的弹性和导电性。在我国，绝大多数插套采用锡磷青铜材料，强度高，塑性好，具有良好导电性，不易变形，但是依旧存在易腐蚀、弹性差、耐热性差、光亮度差等缺点。而铜镍锡合金因具有高的强度、弹性、优良的导电稳定性及热应力松弛性能等优点，而深受人们的青睐，被认为是最具发展前景的新一代高强度、高弹性、高性能铜合金。
经检索文件，公开号为CN103757477A的专利公开了一种开关插座用铜镍锡合金及其制备方法，各组分的组成按重量百分比计分别为：Ni5～7%，Sn0.8～1.2%，P0.1～0.5%，余量为铜。制备该开关插座用铜镍锡合金的方法包括（1）在氮气保护气氛下，将原料Ni、Sn、P、Cu加入到熔化炉中，加热至1180～1240℃，调整成分，成分符合配方比例后，将其保温，保温温度为1140～1200℃，保温40～90分钟；（2）然后再取样分析，调整成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，冷却至室温即可；最后保温5小时，进行固熔处理得到铜镍锡合金。该发明提供的开关插座用铜镍锡合金弹性优异，强度好，适于作为开关插座铜材使用，但是该发明的导电性、耐热性均不理想，且在空气中长期存放会发灰，发暗，影响美观。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种插座用铜镍锡合金及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:8～12wt％、Sn：2.5～3.8wt％、Si：0.07～0.16wt％、B：0.02～0.09wt％、W：0.03～0.06wt％、Be：0.01～0.02wt％、余量为Cu。
进一步的，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:9wt％、Sn：3.4wt％、Si：0.12wt％、B：0.04wt％、W：0.03wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu。
进一步的，所述Si、B的含量配比中，所述Si、B元素的含量比值范围为1.5～6.0。
进一步的，一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1220～1300℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在860～895℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为810～830℃，保温时间为2～3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行冷轧，冷轧过后进行时效处理；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金。
进一步的，所述步骤（5）中冷轧的加工率为30～50%，时效处理的温度为275～350℃，时间为6～10h。
进一步的，所述步骤（6）中酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸40～55份、磷酸12～15 份、氨基磺酸钠4～7份、甘油2～4份、缓蚀剂3～5份、光亮剂5～8份、水250～300份。
进一步的，所述缓蚀剂为苯甲酸钠、季铵盐、硫脲、亚硝酸钠的一种或多种，所述光亮剂为硫酸铜、硫酸银、醋酸铜、硫酸钴中的一种或多种。
进一步的，所述步骤（6）中应力退火处理温度为180～220℃。
本发明是以Cu、Ni、Sn为主合金元素,Si、Be、B、W为微合金元素,各元素除了发挥其本身的特性外，元素之间发生的物理或者化学反应均对合金起到很大的作用，其中，Ni、Sn能与Cu形成连续固溶体，且各自具有宽阔的单相区，能明显提高合金的机械性能和耐腐蚀性能；添加的Si和Be均有限固溶于Cu，且固溶度随着温度变化而发生激烈的变化，在合金结晶完成之后，Si和Be均会以金属化合物或者单质形态从固相中析出，不仅能明显的提高合金的强度，具有固溶强化效应，同时还能产生弥散强化的效果，使导电性得到了恢复；添加的B和W几乎不溶于Cu，从而它们能相互协同细化晶粒，使合金具有很高的耐热性能，另外由于B的半径与Cu相差较大，容易引起严格的晶格畸变，显著提高合金的弹性性能。另外，本发明在制备过程，采用特制的酸洗液对制备合金进行酸洗，不仅能去除合金表面的黑斑，使其保持光亮美观，同时合金本身不受任何损伤，并且在合金表面还能形成一层致密的钝化膜，在空气中长期存放仍能保持光亮美观、不变暗。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对插座用铜镍锡合金的组分进行了优化调整，各元素之间协同作用，能显著提高了铜镍锡合金的强度、耐腐蚀性、耐热性和弹性，且不会对铜镍锡合金的导电性产生影响，制备的铜镍锡合金能在空气中长期存放仍能保持光亮美观、不变暗。
具体实施方式
实施例1
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:8wt％、Sn：2.5wt％、Si：0.08wt％、B：0.02wt％、W：0.03wt％、Be：0.01wt％、余量为Cu；所述Si、B元素的含量比值为4。
一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1220℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在860℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为810℃，保温时间为2h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行加工率为30%的冷轧，冷轧过后进行时效处理，时效处理的温度为275℃，时间为6h；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，退火处理温度为180℃，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金，其中，酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸40份、磷酸12 份、氨基磺酸钠4份、甘油2份、苯甲酸钠3份、硫酸铜5份、水250份。
实施例2
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:9wt％、Sn：2.8wt％、Si：0.09wt％、B：0.02wt％、W：0.04wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu；所述Si、B元素的含量比值为4.5。
一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1250℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在875℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为820℃，保温时间为3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行加工率为35%的冷轧，冷轧过后进行时效处理，时效处理的温度为285℃，时间为7h；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，退火处理温度为190℃，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金，其中，酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸42份、磷酸13份、氨基磺酸钠5份、甘油3份、季铵盐4份、硫酸银6份、水270份。
实施例3
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:9wt％、Sn：3.4wt％、Si：0.12wt％、B：0.04wt％、W：0.03wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu；所述Si、B元素的含量比值为3。
一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1250℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在875℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为820℃，保温时间为3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行加工率为40%的冷轧，冷轧过后进行时效处理，时效处理的温度为310℃，时间为8h；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，退火处理温度为205℃，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金，其中，酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸48份、磷酸14份、氨基磺酸钠6份、甘油3份、硫脲3～5份、醋酸铜7份、水280份。
实施例4
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:11wt％、Sn：3.4wt％、Si：0.15wt％、B：0.03wt％、W：0.05wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu；所述Si、B元素的含量比值为5。
一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1220～1300℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在880℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为825℃，保温时间为3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行加工率为45%的冷轧，冷轧过后进行时效处理，时效处理的温度为330℃，时间为9h；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，退火处理温度为205℃，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金，其中，酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸52份、磷酸14 份、氨基磺酸钠6份、甘油4份、亚硝酸钠5份、硫酸钴7份、水290份。
实施例5
一种插座用铜镍锡合金，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:12wt％、Sn：3.8wt％、Si：0.16wt％、B：0.08wt％、W：0.06wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu；所述Si、B元素的含量比值为2。
一种插座用铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1300℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
（2）成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
（3）对铸锭进行热挤压，在895℃环境下将铸锭加工成板坯；
（4）对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为830℃，保温时间为3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
（5）对冷板坯进行加工率为50%的冷轧，冷轧过后进行时效处理，时效处理的温度为350℃，时间为10h；
（6）再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，退火处理温度为220℃，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金，其中，酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸55份、磷酸15 份、氨基磺酸钠7份、甘油4份、季铵盐5份、硫酸铜8份、水300份。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例3相比，在成分中，省去了Si和Be，除此外其他成分和制备步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在成分中，省去了B和W，除此外其他成分和制备步骤均相同。
对比实施例3
专利公开号为CN201310751407.3，专利名称为一种开关插座用铜镍锡合金及其制备方法。
性能测试
为了对比本发明效果，对上述实施例1～5、对比实施例1～3对应制得的合金分别在室温下的导电率、抗拉强度、弹性比功分别进行测试，测试结果见下表1：
表1
抗拉强度(MPa) 导电率（%IACS） 弹性比功（GPa）
实施例1 658 25.2 4.023
实施例2 655 25.4 4.156
实施例2 649 24.5 4.061
实施例3 652 24.8 4.073
实施例5 661 25.6 4.028
对比实施例1 452 24.5 3.624
对比实施例2 556 25.2 1.927
对比实施例3 613 24.1 3.721
由表1可以看出，本发明实施例1～5对显著的提高了铜镍锡合金的强度、和弹性，且不会对铜镍锡合金的导电性产生影响。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种插座用铜镍锡合金，其特征在于，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:8～12wt％、Sn：2.5～3.8wt％、Si：0.07～0.16wt％、B：0.02～0.09wt％、W：0.03～0.06wt％、Be：0.01～0.02wt％、余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的一种插座用铜镍锡合金，其特征在于，按质量百分比计，含有以下的成分：Ni:9wt％、Sn：3.4wt％、Si：0.12wt％、B：0.04wt％、W：0.03wt％、Be：0.02wt％、余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的一种插座用铜镍锡合金，其特征在于，所述Si、B的含量配比中，所述Si、B元素的含量比值范围为1.5～6.0。
4.根据权利要求1或2所述的一种插座用铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在氮气保护气氛下，按重量百分比将原料Ni、Sn、Si、Cu、B、W、Be加入到熔化炉中，加热至1220～1300℃，然后对熔融后的合金溶液进行搅拌、捞渣、取样分析并调整成分；
成分符合配方比例后，将合金熔液浇入铸铁模中，制成铸锭；
对铸锭进行热挤压，在860～895℃环境下将铸锭加工成板坯；
对板坯进行固溶处理，固溶处理的温度为810～830℃，保温时间为2～3h，然后进行水淬，得到冷板坯；
对冷板坯进行冷轧，冷轧过后进行时效处理；
再置于酸洗液中进行酸洗，并去除其表面的氧化物，酸洗后在设定的温度下进行去应力退火处理，并随炉冷却，即可制得插座用铜镍锡合金。
5.根据权利要求4所述的一种插座用铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中冷轧的加工率为30～50%，时效处理的温度为275～350℃，时间为6～10h。
6.根据权利要求4所述的一种插座用铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中酸洗液包括以下重量份原料：98%浓硫酸40～55份、磷酸12～15 份、氨基磺酸钠4～7份、甘油2～4份、缓蚀剂3～5份、光亮剂5～8份、水250～300份。
7.根据权利要求6所述的一种插座用铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，所述缓蚀剂为苯甲酸钠、季铵盐、硫脲、亚硝酸钠的一种或多种，所述光亮剂为硫酸铜、硫酸银、醋酸铜、硫酸钴中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的一种插座用铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中应力退火处理温度为180～220℃。
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