CN111440963A - 一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，其成分为：Cr 2.0‑10.0％、Nb 1.0‑5.0％、Co 0.05‑0.5％、Mg 0.05‑0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。其制备方法包括：将原料熔炼、惰性气体气体雾化法喷粉、还原性气氛SPS烧结，再热轧或热挤压，然后冷轧或者冷拉拔，最后退火处理、钝化，得到高耐热高导电CuCrNb系铜合金。本发明的合金成分合理，合金中的强化相分布均匀，体积分数高，合金的强度高、导电率高，高温稳定性好，其电导率为60.5‑89.6％IACS，抗拉强度为440.2‑850.5MPa，伸长率为4.3‑12.5％。

Description

一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法
技术领域
本发明属于高强高导铜合金技术领域，尤其涉及一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金线材和带材的制备方法。
背景技术
高耐热高导电铜合金是导电铜合金器件的关键材料，广泛应用于火箭、舰船、航空航天、轨道交通、海洋输运等领域。由于上述领域要求该服役的材料既要具有较高的导热导电性能，同时还要求其要具有较高的高温性能。传统的Cu-Cr系合金中由于Cr在铜中的溶解度非常低，添加的Cr一般会以Cr析出相的形式析出于Cu基体中，因此主要采用的是低合金化(Cr含量低于0.5wt.％)。因此制备获得的合金的强化相数密度低且体积分数小，合金的力学性能有限。而高Cr含量的Cu-Cr系合金，如果采用传统熔炼铸造方式，则铸造过程中将存在非平衡凝固相尺寸大、分布不均匀等问题，也会影响合金后续形变热处理工艺及最终的物理性能。专利“一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法”(201710737221.0)和专利“一种高强高导铜合金棒材的制备方法”(201710736572.X)公开了采用氩气保护真空感应熔炼和石墨模具浇注制备Cu-Cr-Nb合金，按照质量百分比合金中Cr含量为0.7-1.5％、Nb含量为0.1-0.5％，由于Cr和Nb在铜的固溶度很低，因此难以添加高浓度的Cr和Nb元素，因此制备的Cu-Cr-Nb合金的性能有限。专利“一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法”(201910440747.1)公开了一种采用真空感应熔炼、浇铸、电极感应气雾化、粉末包套热挤压等工艺制备具有LAVES相的Cu-Cr-Nb-Ce合金，该方法采用了价格昂贵的稀有元素，增加了原料成本，同时在制备工艺过程中，浇铸后还进行电极感应气雾化，能耗成本也较高，热挤压成型后的样品未做后续形变热处理，在样品中只能获得微米级尺寸的LAVES相(Cr2Nb)，而不能形成纳米级的Cr相，因此材料获得的力学性能有限，同时由于合金基体还含有大量的Cr和Nb固溶原子，合金的电导率和导热系数也较低。专利“Cu-Cr2Nb合金及其制备方法、铜基电触头及其制备方法，以及高压隔离开关”(201910276051.X)公开了一种采用板状模腔的紫铜模具制备电触头材料的方法，该方法和专利“一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法”(201910440747.1)的方法一样，由于没有后续的形变热处理，合金中只能形成单一的LAVES相(Cr2Nb)，难以获得较高的力学能和导电导热性能。根据目前的文献检索，当前有关Cu-Cr-Nb合金及其制备方法在合金成分设计及工艺路线上，均存在一定的技术缺陷，难以实现其高性能提高和低成本产业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明提供一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金中包含以下含量的成分：Cr 2.0-10.0％、Nb 1.0-5.0％、Co 0.05-0.5％、Mg 0.05-0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
优选地，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金的成分中，Cr 3.0-8.0％、Nb 1.5-4.0％、Co 0.1-0.4％、Mg 0.05-0.15％。
优选地，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金的成分中，Cr 4.0-6.0％、Nb 2.0-3.0％、Co 0.15-0.3％、Mg 0.10-0.15％。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，工艺流程图如图3所示，包括以下步骤：
(1)按各元素的重量百分比备料，经熔炼后，用气体雾化法制备得到CuCrNb系合金粉末；
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末在真空或者还原性气氛下通过放电等离子烧结，得到烧结坯；放电等离子烧结时的压坯所受压力为15-40MPa，烧结温度为700-850℃，烧结时间为15-30min；
(3)将步骤(2)得到的烧结坯进行均匀化处理，然后进行塑性变形加工，得到带材或线材；塑性变形加工包括：先进行热轧或热挤压，然后再进行冷轧或者冷拉拔；本发明的塑性变形即先进行热变形，再进行冷变形；
(4)将步骤(3)得到的带材或线材进行退火处理、钝化，得到高耐热高导电CuCrNb系铜合金的带材或线材。
优选地，步骤(1)中，气体雾化法的条件是：雾化熔体温度为1250-1300℃，气体流量为0.20-0.24m3/s，气体压力为0.5-4MPa。
优选地，步骤(1)中，熔炼的具体过程为先将铜源、铌源、铬源、钴源先在1400-1550℃熔炼熔匀，然后温度降低至1260-1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用惰性气体雾化法制备发明合金CuCrNb系合金粉末。
优选地，步骤(1)中，气体雾化在惰性气体中进行，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
优选地，步骤(3)中，热挤压控制温度为700-850℃，挤压比≥10：1，冷轧或冷拉拔变形处理均在室温下进行，变形的总应变量控制为50-95％。热轧/热挤压(热变形)是为了让烧结坯更加致密，室温下的拉拔和轧制(冷变形)是为了定型。
优选地，步骤(4)中，退火处理的温度为400℃-500℃，退火时间为0.5-2小时。
在上述步骤(4)中，退火处理后的带材或线材需要进行钝化处理(即放在溶液里面进行化学保护处理)，然后进行剪切、包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材或者线材。
本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法中，采用还原气氛烧结，粉末颗粒表面的氧可以在升温过程中得到还原，降低制品的氧含量，有利于提升最终制品的加工性能和导电性能；同时气雾化过程中，由于合金液滴冷却速度快，得到的合金粉末中铜基体晶粒尺寸细小，且有大量的Cr为过饱和固溶状态，为后续退火中的沉淀强化提供基础，快速凝固中过剩的Cr元素则以微米级Cr粒子或Cr2Nb粒子呈均匀弥散分布于基体中，钉扎/晶界，提高合金的耐热性能。
本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法中，其塑性加工工艺中，包括前期热挤压和后期轧制/拉拔变形处理，热挤压有利于获得致密的坯锭，轧制和拉拔可以获得需要形状的带材或者线材。经退火处理后，合金基体内的过饱和固溶元素Cr可以从基体内析出纳米级的Cr粒子强化基体，同时由于溶质原子和位错密度降低，有利于提高合金的导电性能。
本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，各步骤协同作用、相互配合，由于气雾化过程中的快速凝固作用，所得的合金粉末晶粒尺寸较小，几乎无偏析，然后经过放电等离子高温烧结之后，再进行热挤压变形加工，可以获得高致密度的产品，同时结合后续的形变热处理过程，使得最终获得的产品各项性能指标更优异，提高了产品的市场竞争力。
本发明的技术方案，通过合理设计合金成分及其含量，使合金中主要包括Cr、Nb、Co、Mg等合金化元素，Cr元素含量较高，在气雾化制粉过程中可与Nb形成弥散分布的Cr2Nb粒子，钉扎晶界运动(弥散强化)，提高合金的耐热性能。过饱和固溶体中的Cr可以与Nb原位析出Cr2Nb粒子(第二相粒子强化)，Nb和Co可以析出Co2Nb粒子(第二相粒子强化)，Cr还可以形成纳米级Cr析出相粒子(析出强化)，微量的Mg可以形成溶质原子(固溶强化)，从而在合金内部形成多元、多尺度、多机制的协调复合强化效果，同时提高材料的高温性能。由于退火处理过程中，过饱和固溶体中的元素可以通过时效析出形成析出相，使铜基体得到净化，从而对电子运动的阻碍减小，合金的电阻小，电导率得到提高，最终得到强度高、电导率高、高温稳定性突出的的高耐热高导电CuCrNb系铜合金。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合，由于合金成分合理，合金中的强化相分布均匀，体积分数高，合金的强度高、导电率高，高温稳定性好，其电导率为60.5-89.6％IACS，抗拉强度为440.2-850.5MPa，伸长率为4.3-12.5％。
(2)本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，采用了放电等离子烧结方式加压制备坯锭，这样获得的样品坯锭致密，缺陷少；同时热挤压后采用了后续塑性变形和退火处理，促进了合金中过饱和固溶元素的纳米相析出。该方法制备的产品的高温性能优异：250℃拉伸强度为190.6-480.5MPa；600℃拉伸强度105.7-260.1MPa。
(3)本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，工艺流程短，操作简单，生产成本低，适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例3中采用粉末冶金法制备的CuCrNb系铜合金烧结坯锭的金相照片。
图2是本发明实施例3中采用粉末冶金法制备的CuCrNb系铜合金热挤压后的金相照片。
图3是本发明的制备方法工艺流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 2.0％、Nb1.0％、Co 0.05％、Mg 0.05％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1400℃熔炼熔匀，然后降低温度至1260℃，再添加镁源并适度搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气雾化法制备CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1250℃，气体流量为0.20m3/s，气体压力为0.5MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结方式在氢气气氛下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为15MPa，烧结温度为700℃，烧结时间为30min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为750℃，挤压比为12；再冷拉拔变形，总应变量为95％，得到线材。
(4)将步骤(3)后的线材进行退火处理，退火处理温度为400℃，退火时间为2小时。
(5)将步骤(4)处理后的线材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金线材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
实施例2：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 3.0％、Nb1.5％、Co 0.05％、Mg 0.1％，其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1450℃熔炼熔匀，然后降低温度至1270℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气雾化法制备CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1260℃，气体流量为0.22m3/s，气体压力为0.8MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结方式在一氧化碳气氛下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为20MPa，烧结温度为750℃，烧结时间为20min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为820℃，挤压比为12；再冷轧变形，总应变量为80％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为450℃，退火时间为1.5小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
实施例3：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 4.0％、Nb 2％、Co 0.10％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1450℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氮气气氛下雾化法制备CuCrNb系合金粉末。气雾化工艺中雾化熔体温度为1280℃，气体流量为0.20m3/s，气体压力为0.9MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在氢气气氛下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为20MPa，烧结温度为780℃，烧结时间为18min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为800℃，挤压比为15；然后在室温下进行冷轧，总应变量为75％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为420℃，退火时间为1小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。图1和图2分别是本实施例采用粉末冶金法制备的CuCrNb系铜合金烧结坯锭和热挤压加工后的金相照片。由图可知，采用本发明的粉末冶金法制备的合金的铸锭组织中含有快速凝固过程中析出的Cr2Nb粒子，经过热挤压变形后，合金的晶粒均匀细小，无枝晶偏析。
实施例4：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 5.0％、Nb2.0％、Co 0.5％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1500℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氦气气体雾化法制备CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1280℃，气体流量为0.25m3/s，气体压力为2MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为30MPa，烧结温度为750℃，烧结时间为30min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压/热轧温度为850℃，挤压比为18；然后在室温再进行拉拔变形处理，总应变量为95％，得到线材。
(4)将步骤(3)后的线材进行退火处理，退火处理的温度为500℃，退火时间为0.5小时。
(5)将步骤(4)处理后的线材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金线材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
实施例5：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 8.0％、Nb4.0％、Co 0.25％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1550℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气气体雾化法制备发明合金CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1300℃，气体流量为0.25m3/s，气体压力为4MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为40MPa，烧结温度为850℃，烧结时间为15min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为850℃，挤压比为12。然后再室温下进行冷轧，总应变量为70％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为500℃，退火时间为0.5小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
实施例6：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 10.0％、Nb5.0％、Co 0.2％、Mg 0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1550℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并适度搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氮气气体雾化法制备CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1300℃，气体流量为0.25m3/s，气体压力为4MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为40MPa，烧结温度为850℃，烧结时间为30min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为950℃，挤压比为10；然后再在室温下进行拉拔变形处理，总应变量为50％，得到线材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为500℃，退火时间为2小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本实施例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例1：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 2％、Nb 1.0％、Co 0.05％、Mg 0.05％，其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1450℃熔炼熔匀，然后降低温度至1270℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气雾化法制备CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1250℃，气体流量为0.22m3/s，气体压力为0.8MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过粉末包套热等静压成型，热挤压温度为820℃，挤压比为12；再冷轧变形，总应变量为80％，得到带材。
(3)将步骤(2)后的带材进行退火处理，退火处理温度为450℃，退火时间为1.5小时。
(4)将步骤(3)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例2：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 4.0％、Nb 2％、Co 0.10％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源和镁源同时在1450℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再将均匀的合金熔体采用氮气气氛下雾化法制备CuCrNb系合金粉末。气雾化工艺中雾化熔体温度为1280℃，气体流量为0.20m3/s，气体压力为0.9MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在氢气气氛下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为20MPa，烧结温度为780℃，烧结时间为18min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为800℃，挤压比为15；然后在室温下进行冷轧，总应变量为75％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为420℃，退火时间为1小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例3：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 4.0％、Nb 2％、Mg0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源先在1450℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氮气气氛下雾化法制备CuCrNb系合金粉末。气雾化工艺中雾化熔体温度为1280℃，气体流量为0.20m3/s，气体压力为0.9MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在氢气气氛下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为20MPa，烧结温度为780℃，烧结时间为18min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压温度为800℃，挤压比为15；然后在室温下进行冷轧，总应变量为75％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理温度为420℃，退火时间为1小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例4：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 5.0％、Nb2.0％、Co 0.5％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1500℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用水雾化法制备CuCrNb系合金粉末。
(2)将步骤(1)水雾化法获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为30MPa，烧结温度为750℃，烧结时间为30min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压加工变形，热挤压/热轧温度为850℃，挤压比为18；然后在室温再进行拉拔变形处理，总应变量为95％，得到线材。
(4)将步骤(3)后的线材进行退火处理，退火处理温度为500℃，退火时间为0.5小时。
(5)将步骤(4)处理后的线材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金线材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例5：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 8.0％、Nb4.0％、Co 0.25％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1550℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气气体雾化法制备发明合金CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1300℃，气体流量为0.25m3/s，气体压力为4MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为40MPa，烧结温度为850℃，烧结时间为15min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理后，直接在室温下进行冷轧，总应变量为70％，得到带材。
(4)将步骤(3)后的带材进行退火处理，退火处理的温度为500℃，退火时间为0.5小时。
(5)将步骤(4)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
对比例6：
一种CuCrNb系铜合金，以重量百分比计，包含以下含量的成分：Cr 8.0％、Nb4.0％、Co 0.25％、Mg 0.15％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuCrNb系铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将按元素组成的重量百分比备料的铜源、铌源、铬源、钴源先在1550℃熔炼熔匀，然后降低温度至1300℃，再添加镁源并搅拌使之均匀，再将均匀的合金熔体采用氩气气体雾化法制备发明合金CuCrNb系合金粉末，其中，气雾化工艺中雾化熔体温度为1300℃，气体流量为0.25m3/s，气体压力为4MPa。
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末通过放电等离子烧结(SPS)方式在真空下进行高温烧结，SPS粉末烧结时的压坯所受压力为40MPa，烧结温度为850℃，烧结时间为15min。
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行900℃保温4小时均匀化处理，然后进行热挤压变形，热挤压温度为850℃，挤压比为12；然后再室温下进行冷轧，总应变量为70％，得到带材。
(4)将步骤(3)处理后的带材进行钝化处理，然后进行剪切包装，最终得到成分均匀、性能均一的高耐热高导电CuCrNb系铜合金带材。
本对比例制备的CuCrNb系铜合金线材性能测试结果如表1所示。
表1本发明实施例1-6和对比例1-6的合金成分及其不同工艺制备样品的性能
Figure BDA0002483503690000111
Figure BDA0002483503690000121
由表1可知，对比例1与实施例2相比，由于对比例中采用的是粉末包套热挤压成型，粉末中容易存在部分空洞、气孔等缺陷，后续形变处理中难以消除缺陷，因此合金导电性能相当，但是其强度大幅度下降。对比例2与实施例3相比，由于合金原料没有分批加入，而是将镁源和其他材料一起加入，使得镁源在高温下烧损严重，Mg的固溶强化和溶质原子钉扎位错运动效果减弱，最终获得的样品性能大幅度下降。对比例3与实施例3相比，由于合金原料没有添加Co元素，使得合金中缺少Cr2Co的强化作用，同时Co的固溶强化和溶质原子钉扎位错运动效果减弱，最终获得的样品性能大幅度下降。对比例4与实施例4相比，由于采用的是水雾化工艺，合金粉末中氧含量较高，最终获得的样品性能大幅度下降。对比例5与实施例5相比，由于合金粉末在放电等离子烧结后没有经过热挤压过程，获得的样品致密度低，最终获得的样品性能大幅度下降。对比例6与实施例5相比，由于合金带材没有经过后续退火处理，合金过饱和固溶体中的元素不能有效析出，合金的沉淀强化效果弱，未析出的溶质原子严重影响自由电子的运动，使得最终获得的样品性能大幅度下降。由此可见，本发明的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，各步骤相互协同、相互配合，由于气雾化过程中的快速凝固作用，所得的合金粉末晶粒尺寸较小，几乎无偏析，然后经过放电等离子高温烧结之后，再进行热挤压变形加工，可以获得高致密度的产品，同时结合后续的形变热处理过程，使得最终获得的产品各项性能指标更优异，提高了产品的市场竞争力。

Claims (9)

1.一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金的成分为：Cr 2.0-10.0％、Nb 1.0-5.0％、Co 0.05-0.5％、Mg 0.05-0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高耐热高导电CuCrNb系铜合金，其特征在于，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金的成分中，Cr 3.0-8.0％、Nb 1.5-4.0％、Co 0.1-0.4％、Mg 0.05-0.15％。
3.根据权利要求1所述的高耐热高导电CuCrNb系铜合金，其特征在于，所述高耐热高导电CuCrNb系铜合金的成分中，Cr 4.0-6.0％、Nb 2.0-3.0％、Co 0.15-0.3％、Mg 0.10-0.15％。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的高耐热高导电CuCrNb系铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按各元素的重量百分比备料，经熔炼后，用气体雾化法制备得到CuCrNb系合金粉末；
(2)将步骤(1)获得的CuCrNb系合金粉末在真空或者还原性气氛下通过放电等离子烧结，得到烧结坯；放电等离子烧结时的压坯所受压力为15-40MPa，烧结温度为700-850℃，烧结时间为15-30min；
(3)将步骤(2)得到的烧结坯进行均匀化处理，然后进行塑性变形加工，得到带材或线材；塑性变形加工包括：先进行热轧或热挤压，然后再进行冷轧或者冷拉拔；
(4)将步骤(3)得到的带材或线材进行退火处理、钝化，得到高耐热高导电CuCrNb系铜合金的带材或线材。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，气体雾化法的条件是：雾化熔体温度为1250-1300℃，气体流量为0.20-0.24m3/s，雾化气体压力为0.5-4MPa。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，熔炼的具体过程为先将铜源、铌源、铬源、钴源在1400-1550℃熔炼熔匀，然后温度降低至1260-1300℃再添加镁源并搅拌均匀，获得合金熔体。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，气体雾化在惰性气体中进行，所述惰性气体选自氮气、氩气或氦气中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，热挤压时，控制温度为700-850℃，挤压比≥10：1；冷轧或冷拉拔时，总应变量控制为50-95％。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，退火处理的温度为400℃-500℃，退火时间为0.5-2小时。
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