CN111826547B - 一种铜镍锡银硼合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜镍锡银硼合金及其制备方法，该合金由镍、锡、硼、银和铜等组成，该合金的制备方法为通过将上述合金混合后加热成为熔体，然后经转流包进入旋转的水冷铜模内遇冷成为坯料，坯料经过固溶热处理、调幅分解热处理得到成品，该方法突破了多元合金箔材的加工变形面临的技术屏障，同时提升了多元合金箔材的导电率和强度。

Description

一种铜镍锡银硼合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工工艺领域，具体是一种铜镍锡银硼合金及其制备方法。

背景技术

相关技术中的Cu-Ni-Sn多元合金因其高强度、优异的应力松弛性、耐腐蚀性、导热性及导电性等优点，该合金是铍青铜的理想替代材料，不但具有与铍青铜相当的优良的力学性能，还具有铍青铜不具备的良好抗热应力松弛性能以及无毒环保等优点，具有十分广泛的应用前景。

相关技术中的Cu-Ni-Sn多元合金箔材一般采用半连续铸造+多道次轧制变形制备，此类方法存在以下一些问题：

(1)偏析严重

由于较高的Ni与Sn含量，在熔铸过程中极易产生偏析，从而影响后续的塑性变形

(2)变形抗力大

由于合金本身强度较高，因此加工硬化现象严重，这给塑性变形带来了挑战，Cu-Ni-Sn 多元合金箔材加工大多需要多道次轧制与退火配合，同时极易开裂。

(3)制备成本高

由于偏析与变形抗力等问题，使得Cu-Ni-Sn多元合金箔材制备流程较长，生产成本较高。

事实上，上述工艺方法目前全球除了美国Materion Brush公司批量生产外，国内多家企业及日本、欧洲铜加工企业多次试制均未成功，造成了目前美国Materion Brush公司独家垄断本产品的局面。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种铜镍锡银硼合金及其制备方法，该方法突破了多元合金箔材的加工变形面临的技术屏障，同时提升了多元合金箔材的导电率和强度。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种铜镍锡银硼合金，它包括如下质量百分比的元素：镍：14.5％～15.5％、锡：7.5％～8.5％、硼：0.1％～0.7％、银：0.1％～0.3％、杂质总和不超过0.15％、其余为铜。

一种铜镍锡银硼合金的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将质量百分比为14.5％～15.5％的镍、7.5％～8.5％的锡、0.1％～0.7％的硼、： 0.1％～0.3％的银，总和不超过0.15％的杂质和余量铜混合并加热得到熔体，然后搅拌均匀；

步骤二、将熔体导入转流包内，熔体通过转流包底部的通孔掉落至水冷铜模内；

步骤三、熔体在旋转的水冷铜模内遇冷凝固，所述的水冷铜模为倾斜安装；

步骤四、熔体冷却并凝固后和水冷铜模之间会存在间隙，倾倒水冷铜模便可脱模，然后对脱模后的坯料依次进行固溶热处理、调幅分解热处理，得到成品。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，加热温度为1150℃～1350℃。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，所述的转流包的外侧设有带有加热功能的保温罩，当持续对转流包进行电加热时，在其外侧的保温罩可以对转流包内的液体金属进行保温处理，避免热量消散太快，减少能量损失。

作为本发明的进一步优选，步骤二中，所述的转流包底部均匀分布的通孔为倾斜状，倾斜方向为向一侧倾斜或向转流包底部的四周方向倾斜，从转流包底部掉落到水冷铜模内的金属不在直线上，增加了金属与水冷铜模的接触面和接触时间。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述的水冷铜模的倾斜角度为10°～15°，在水冷铜模倾斜安装并且自转时，使液体金属与水冷铜模内壁的接触面变得更大。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述的水冷铜模的自转速度为 10r/min～30r/min。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述的水冷铜模内熔体的最高深度是水冷铜模高度的50％～60％，避免水冷铜模在旋转过程中内因熔体过多而导致熔体倾漏出水冷铜模外。

作为本发明的进一步优选，步骤四中，固溶热处理的温度为830℃～870℃，固溶热处理的时间为3min～180min。

作为本发明的进一步优选，步骤四中，调幅分解热处理的温度为420～520℃，调幅分解热处理的时间为2～6h。

有益效果：本发明所述的一种铜镍锡银硼合金及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过在合金中加入硼元素，增强了等轴晶体的形成，减少了坯料在固溶热处理过程中镍和锡在基体中扩散速率的差异，在拉伸测试过程中发生延性断裂行为；

2、合金中的银元素提高了多元合金的导电率，相较于现有技术中的Cu-Ni-Sn合金的 8％IACS，本合金达到了15％IACS及以上，接近铍青铜，克服了多元合金替代铍青铜时存在的性能不足的问题，同时还进一步提升了多元合金的高温性能；

3、该合金和制备方法得到的产品可以生产不仅具有强度而且具有延展性的Cu-Ni-Sn 旋节线合金，并且无需进行锻造处理来减少树突状细胞内的微偏析；

4、解决了现有技术中成品出现品质疏松、存在气孔、假焊和、夹杂等情况，避免喷射沉积过程中轴径导热衰减导致组织和性能的不一致的问题发生；

5、该合金为具有高刚性和高强度相结合，可承受动态冲击载荷，可以满足静态结构载荷和压力的最严格要求，抗热应力松弛性能等方面显著优于铍铜合金；

6、该合金和制备方法得到的耐磨损轴承性能出色，具有天然的不会出现摩擦副咬死自润滑的可贵性能，是大型飞机起落架轴承的必选材料，也是油井连杆、高温大交变载荷的优选摩擦部件材料；

7、该合金和制备方法得到的产品，车削加工性能等同易车削黄铜合金，非常容易加工成复杂组件；

8、该合金和制备方法得到的产品，适用于各种酸性环境或盐水，耐高温腐蚀，工作环境要求不高；

9、焊接性能好，焊接完成后的两个部件在结合后不易脱开；

10、电稳定性能方面显著优于铍铜合金，不产生磁性，是高温连接器和射频连接器的适合材料；

11、无毒无害，对人体无影响，给环境带来的压力小，为绿色生活环境贡献一份力量。

附图说明

图1为用于加工铜镍锡银铍合金的装置的结构示意图；

图2为结晶器另一种结构的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明所述的一种铜镍锡银硼合金及其制备方法，该合金由镍、锡、硼、银和铜等组成，该合金的制备方法为通过将上述合金混合后加热成为熔体，然后经转流包进入旋转的水冷铜模内遇冷成为坯料，坯料经过微晶热处理、调幅分解热处理和轧制得到成品，该方法突破了多元合金箔材的加工变形面临的技术屏障，同时提升了多元合金箔材的导电率和强度，具体实验数据如下：

通过本发明所述的制备方法得到的成品物理特性表

弹性模量	泊松比	导电率	导热率	密度	磁导率
						144Kn/mm<sup>2</sup>	0.33	＜7％IACS	38W/m/℃	9.00g/cm<sup>3</sup>	＜1.001

实施例

实施例1

步骤一、将质量百分比为14.5％的镍、7.5％的锡、0.1％的硼、0.1％的银，0.1％的杂质和余量铜混合并加热得到熔体，然后搅拌均匀，加热温度为1150℃；

步骤二、将熔体导入转流包1内，熔体通过转流包1底部的通孔11掉落至水冷铜模2内，转流包1的外侧设有带有加热功能的保温罩，所述的转流包1底部均匀分布的通孔11 为倾斜状，倾斜方向为向一侧倾斜；

步骤三、熔体在旋转的水冷铜模2内遇冷凝固，水冷铜模2内熔体的最高深度是水冷铜模2高度的60％，水冷铜模2内熔体由下至上逐渐凝固，所述的水冷铜模2倾斜安装在底座3上，底座3与电机相连，水冷铜模2的倾斜角度为10°，水冷铜模的自转速度为 10r/min；

步骤四、由于热膨胀的原因，熔体冷却并凝固后和水冷铜模2之间会存在间隙，倾倒水冷铜模2便可脱模，然后对脱模后的坯依次进行固溶热处理、调幅分解热处理，得到成品，固溶热处理的温度为830℃，固溶热处理的时间为3min，调幅分解热处理的温度为420℃，调幅分解热处理的时间为2h。

实施例2

步骤一、将质量百分比为15％的镍、8％的锡、0.5％的硼、0.2％的银，0.12％的杂质和余量铜混合并加热得到熔体，然后搅拌均匀，加热温度为1250℃；

步骤二、将熔体导入转流包1内，熔体通过转流包1底部的通孔11掉落至水冷铜模2内，转流包1的外侧设有带有加热功能的保温罩，所述的转流包1底部均匀分布的通孔11 为倾斜状，倾斜方向为向转流包1底部的四周方向倾斜；

步骤三、熔体在旋转的水冷铜模2内遇冷凝固，水冷铜模2内熔体的最高深度是水冷铜模2高度的55％，水冷铜模2内熔体由下至上逐渐凝固，所述的水冷铜模2倾斜安装在底座3上，底座34与电机相连，水冷铜模2的倾斜角度为13°，水冷铜模2的自转速度为20r/min；

步骤四、由于热膨胀的原因，熔体冷却并凝固后和水冷铜模2之间会存在间隙，倾倒水冷铜模2便可脱模，然后对脱模后的坯依次进行固溶热处理、调幅分解热处理，得到成品，固溶热处理的温度为850℃，固溶热处理的时间为100min，调幅分解热处理的温度为500℃，调幅分解热处理的时间为5h。

实施例3

步骤一、将质量百分比为15％的镍、8％的锡、0.5％的硼、0.2％的银，0.15％的杂质和余量铜混合并加热得到熔体，然后搅拌均匀，加热温度为1350℃；

步骤二、将熔体导入转流包1内，熔体通过转流包1底部的通孔11掉落至水冷铜模2内，转流包1的外侧设有带有加热功能的保温罩，所述的转流包1底部均匀分布的通孔11 为倾斜状，倾斜方向为向转流包1底部的四周方向倾斜；

步骤三、熔体在旋转的水冷铜模2内遇冷凝固，水冷铜模2内熔体的最高深度是水冷铜模2高度的60％，水冷铜模2内熔体由下至上逐渐凝固，所述的水冷铜模2倾斜安装在底座4上，底座4与电机相连，水冷铜模2的倾斜角度为15°，水冷铜模2的自转速度为 30r/min；

步骤四、由于热膨胀的原因，熔体冷却并凝固后和水冷铜模2之间会存在间隙，倾倒水冷铜模2便可脱模，然后对脱模后的坯依次进行固溶热处理、调幅分解热处理，得到成品，固溶热处理的温度为870℃，固溶热处理的时间为180min，调幅分解热处理的温度为520℃，调幅分解热处理的时间为6h。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、将质量百分比为14.5％～15.5％的镍、7.5％～8.5％的锡、0.1％～0.7％的硼、0.1％～0.3％的银，总和不超过0.15％的杂质和余量铜混合并加热得到熔体，然后搅拌均匀；

步骤二、将熔体导入转流包内，熔体通过转流包底部的通孔掉落至水冷铜模内，所述的转流包底部均匀分布的通孔为倾斜状，倾斜方向为向一侧倾斜或向转流包底部的四周方向倾斜；

步骤三、熔体在旋转的水冷铜模内遇冷凝固，所述的水冷铜模为倾斜安装；

步骤四、熔体冷却并凝固后和水冷铜模之间会存在间隙，倾倒水冷铜模便可脱模，然后对脱模后的坯料依次进行固溶热处理、调幅分解热处理，得到成品。

2.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤一中，加热温度为1150℃～1350℃。

3.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的转流包的外侧设有带有加热功能的保温罩。

4.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的水冷铜模的倾斜角度为10°～15°。

5.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的水冷铜模的自转速度为10r/min～30r/min。

6.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的水冷铜模内熔体的最高深度是水冷铜模高度的50％～60％。

7.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤四中，固溶热处理的温度为830℃～870℃，固溶热处理的时间为3min～180min。

8.根据权利要求1所述的一种铜镍锡银硼合金的制备方法，其特征在于：步骤四中，调幅分解热处理的温度为420～520℃，调幅分解热处理的时间为2～6h。

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