CN112662910A - 一种高导电高强铜铬钙合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电高强铜铬钙合金，包括以下质量百分比的组分：0.05‑10wt.％的Cr，0.01‑0.5wt.％的Ca，余量为铜及不可避免的杂质。本发明还提供一种上述高导电高强铜铬钙合金的制备方法。本发明通在传统铜合金中加入铬、钙元素，并优化各元素之间的配比关系，本发明的铜铬钙合金抗拉强度明显提升，导电性能降低很少。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种铜铬钙合金及其制备方法。
背景技术
传统的高强高导电铜铬系合金通常采用铸造后继续结合如冷轧、热处理等方法制备得到。由于铸造过程中存在Cr析出相尺寸大、分布不均匀等问题，导致合金经变形加工后的力学性能难以实现最优，仍然存在力学性能不足的问题。此外，为了达到足够高的强度，铬元素的含量往往偏高，合金的导电性能会明显下降，尤其是在经过严重塑性变形之后。
如何在不降低合金导电性提高铜铬系合金强度是目前该系合金研发的关键所在。
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，提供一种高导电高强铜铬钙合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高导电高强铜铬钙合金，包括以下质量百分比的组分：0.05-10wt.％的Cr，0.01-0.5wt.％的Ca，余量为铜及不可避免的杂质。
上述高导电高强铜铬钙合金中，优选的，包括以下质量百分比的组分：4-8wt.％的Cr，0.1-0.5wt.％的Ca。更优选的，包括以下质量百分比的组分：8wt.％的Cr，0.1wt.％的Ca，余量为铜及不可避免的杂质。
上述高导电高强铜铬钙合金中，优选的，所述铜铬钙合金的导电率为76-92％IACS，抗拉强度为550-1290MPa。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述高导电高强铜铬钙合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜铬钙合金原料采用雾化法制备合金粉末；
(2)将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；
(3)将烧结坯进行冷加工变形(如轧制、拉拔或锻造等)，得到变形态Cu-Cr-Ca材料；
(4)将变形态Cu-Cr-Ca材料进行多步时效处理，即得到所述铜铬钙合金。
上述制备方法中，优选的，所述雾化法采用氮气或者氩气雾化，控制气体流量为0.02-0.24m3/s，气体压力为0.5-0.9MPa，雾化熔体温度为850-1350℃；或者，所述雾化法采用水雾化的方式，水流量为110-380kg/min，水压为5.5-20MPa，雾化熔体温度为850-1350℃上述制备方法中，优选的，所述合金粉末的粒度为10-100μm。将粒度控制在上述范围可以提高合金粉末的烧结性能，粒度太小时，合金粉末氧含量高，会恶化烧结制品的塑性加工性能，粒度太大时，合金粉末烧结性能差。
上述制备方法中，优选的，所述烧结处理包括以下步骤：将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，于800-1300℃下烧结30-120min；所述还原性气氛为氢气气氛、分解氨气氛和一氧化碳气氛中的任一种。
上述制备方法中，优选的，所述烧结处理为在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，控制烧结温度为700-950℃，保压时间为10-45min；所述还原性气氛为氢气气氛、分解氨气氛和一氧化碳气氛中的任一种。
烧结过程的压制压力及烧结温度需控制在合适的范围内，压制压力过低，将导致粉末坯料致密度低，烧结后容易引起制品变形，压制压力过高，会使压坯内应力增加，容易发生翘曲、裂纹等烧结缺陷；烧结温度过低时，粉末坯体难以全致密化，致使烧结坯内含有气孔等缺陷，在后续拔丝加工过程中容易出现断裂；而烧结温度过高，烧结体将容易变形，且成本偏高。采用还原气氛烧结，粉末颗粒表面的氧可以再升温过程中得到还原，降低制品的氧含量，有利于最终制品的加工性能和导电性。
上述制备方法中，优选的，所述冷加工变形处理在室温下进行，处理过程中材料变形量为0-80％，所述冷加工变形处理采用多道次等通道转角挤压工艺。经冷加工变形处理，导入大量位错，为后续析出相均匀形核析出提供充足的动力，从而提高板材的力学性能，经冷轧变形+时效处理的铜铬钙合金适合于各种插座、开关、车载零部件等应用领域。本发明中，更优选的冷加工变形处理采用多道次等通道转角挤压工艺，该挤压工艺配合特殊时效处理工艺，效果更佳。
上述制备方法中，优选的，当Cr的质量百分比大于6wt.％时，采用三步时效处理，首先在100-120℃下保温0.1-0.5h之后，再以6-8℃/min的升温速率升温至500-600℃下保温1.5-2h，最后以6-8℃/min的降温速率降温至200-250℃下保温0.5-1h；且当Cr的质量百分比不超过6wt.％时，采用两步时效处理，首先在150-180℃下保温0.5-1h之后，再以6-8℃/min的升温速率升温至550-600℃下保温2-3h。经时效处理后，合金基体内的过饱和固溶元素Cr和Ca可以从基体内析出，位错密度降低，有利于提高合金的导电性，且由于析出相的弥散分布，有利于提高合金的强度。此外，本发明根据铬含量的不同而优选采用三步时效处理或双步时效处理，该时效处理方式与本发明中铜铬钙合金的成分(高铬、高钙)相互配合，可以降低析出相尺寸并调控相界元素分布和电子结构，提高成分分布均匀度，可以实现同步提升Cu-Cr-Ca合金的力学性能、拉伸延伸率和导电率。当Cr的质量百分比大于6wt.％时，我们研究表明首先通过低温预时效处理，再通过高温时效处理和中低温时效处理，该时效处理方式可以保证高铬高钙含量的情况下合金的强度、导电性的综合提高。当Cr的质量百分比不超过6wt.％时，此时通过采用一步低温预时效处理，再采用高温时效处理即可保证此合金的强度、导电性的综合提高。上述最优时效处理方式与铬的含量有较大的关系，通过特殊冷加工变形方式(多道次等通道转角挤压工艺)与时效处理相互配合，可以得到性能较佳的铜铬钙合金。
本发明中，粉末冶金工艺制备的Cu-Cr-Ca合金经冷加工变形和时效处理之后，Cr相和Cu5Ca相的分布更加均匀，可以有效避免合金裂纹的产生，而且双析出相(Cr相和Cu5Ca相)的存在可以大幅提高合金强度。
本发明中，随Cr含量的增加，合金起主要增强效果的Cr相含量增加，使合金的拉伸强度得到明显增加。经时效处理后，固溶于铜基体内的Cr和Ca可以成分析出，一方面可以使合金Cu基体实现纯净化，有利于导电性的提高，另一方面，可使析出相体积增加，也有利于合金的强度，从而实现合金强度与导电率的同步提高。
本发明中，Ca元素的存在首先可以提高Cr相的形核率，促进Cr相的弥散析出，提高合金强度；第二，Ca元素在Cu基体中的固溶度很小，在时效过程中可以析出Cu5Ca相，可以阻碍位错移动，有助于提高合金强度；第三，Ca元素在高温下可以跟铜中Bi、Pb等杂质发生反应，有助于Cu基体的纯化，减弱了固溶杂质原子引起的晶格畸变对电子的散射，有助于提高合金导电率；第四，Ca元素本身的添加对于Cu合金导电率影响较小；第五，在特定的变形工艺辅以适宜的时效工艺下，比如采用等通道转角挤压进行多道次挤压，可以尽可能地细化晶粒尺寸和破碎已有的析出相，Cr和Ca在这一条件下分布上将更为均匀且弥散，为Cr和Ca元素的协同偏聚提供必要的条件，大变形同时也为后续时效提供大量的形核位点，最终协助调控合金晶粒尺寸和析出相尺寸。上述这些因素也就保证了铜铬钙合金相较于铜铬合金同时具有更高的强度和更高的导电性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通在传统铜合金中加入铬、钙元素，并优化各元素之间的配比关系，本发明的铜铬钙合金抗拉强度明显提升(最高可达1290MPa)，导电性能降低很少。
2、本发明的制备方法采用雾化法制备合金粉末，由于合金液滴冷却速度快，得到的合金粉末中铜基体内Cr为过饱和固溶状态以亚微米级呈均匀弥散分布，可避免传统铸造过程中铬的宏观偏析带来的合金难加工及由于Cr相粗大而导致的合金力学性能低等问题。
3、本发明通过变形工艺和多步时效工艺优化，利于钙和铬作用的协同发挥，铜铬钙合金的综合性能优异。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
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的含义相同。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：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.25wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为92％IACS，抗拉强度为550MPa，延伸率为25％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.25％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为0.25wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行冷轧处理，变形应变为0，得到Cu-Cr-Ca板材；(4)Cu-Cr-Ca板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到高导电高强Cu-Cr-Ca合金。
实施例2：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.50wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为91％IACS，抗拉强度为620MPa，延伸率为23％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为1.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为89％IACS，抗拉强度为680MPa，延伸率为21％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例1相同。
实施例4：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为2.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为87％IACS，抗拉强度为730MPa，延伸率为20％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例1相同。
实施例5：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为4.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为85％IACS，抗拉强度为770MPa，延伸率为18％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例1相同。
实施例6：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为83％IACS，抗拉强度为800MPa，延伸率为16％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例1相同。
实施例7：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.25wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为87％IACS，抗拉强度为620MPa，延伸率为20％。
实施例7的制备方法与实施例1相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例8：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.50wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为85％IACS，抗拉强度为690MPa，延伸率为18％。
实施例8的制备方法与实施例2相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例9：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为1.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为83％IACS，抗拉强度为750MPa，延伸率为17％。
实施例9的制备方法与实施例3相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例10：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为2.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为81％IACS，抗拉强度为800MPa，延伸率为15％。
实施例10的制备方法与实施例4相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例11：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为4.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为80％IACS，抗拉强度为840MPa，延伸率为13％。
实施例11的制备方法与实施例5相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例12：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为78％IACS，抗拉强度为870MPa，延伸率为9％。
实施例12的制备方法与实施例6相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为40％。
实施例13：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.25wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为82％IACS，抗拉强度为680MPa，延伸率为15％。
实施例13的制备方法与实施例1相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例14：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.50wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为81％IACS，抗拉强度为750MPa，延伸率为13％。
实施例14的制备方法与实施例2相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例15：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为1.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为80％IACS，抗拉强度为820MPa，延伸率为11％。
实施例15的制备方法与实施例3相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例16：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为2.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为78％IACS，抗拉强度为880MPa，延伸率为9％。
实施例16的制备方法与实施例4相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例17：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为4.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为77％IACS，抗拉强度为930MPa，延伸率为8％。
实施例17的制备方法与实施例5相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例18：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为76％IACS，抗拉强度为970MPa，延伸率为7％。
实施例18的制备方法与实施例6相同，区别仅在于步骤(3)中的冷轧变形量为80％。
实施例19：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.25wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为86％IACS，抗拉强度为750MPa，延伸率为30％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.25％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为0.25wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行室温等通道转角挤压变形，挤压变形为8个道次，得到Cu-Cr-Ca合金；(4)Cu-Cr-Ca合金经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到高导电高强Cu-Cr-Ca合金。
实施例20：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为0.50wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为85％IACS，抗拉强度为786MPa，延伸率为29％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例21：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为1.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为85％IACS，抗拉强度为850MPa，延伸率为28％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例22：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为2.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为84％IACS，抗拉强度为950MPa，延伸率为27％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例23：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为4.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为83％IACS，抗拉强度为1020MPa，延伸率为26％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例24：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为83％IACS，抗拉强度为1120MPa，延伸率为25％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例25：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.50wt.％，余量为铜，导电率为83％IACS，抗拉强度为1210MPa，延伸率为20％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例19相同。
实施例26：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为4.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为86％IACS，抗拉强度为1095MPa，延伸率为27％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为4.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为4.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行室温等通道转角挤压变形，挤压变形为8个道次，得到Cu-Cr-Ca合金；(4)Cu-Cr-Ca合金经两步时效处理，首先在160℃下保温0.5h之后，再以8℃/min的升温速率升温至580℃下保温2.5h，即得到高导电高强Cu-Cr-Ca合金。
实施例27：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为84％IACS，抗拉强度为1234MPa，延伸率为25％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例26相同。
实施例28：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为86％IACS，抗拉强度为1290MPa，延伸率为26％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为8.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为8.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行室温等通道转角挤压变形，挤压变形为8个道次，得到Cu-Cr-Ca合金；(4)Cu-Cr-Ca合金经三步时效处理，首先在120℃下保温0.2h之后，再以8℃/min的升温速率升温至550℃下保温1.8h，最后以8℃/min的降温速率降温至200℃下保温1h，即得到高导电高强Cu-Cr-Ca合金。
实施例29：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为10.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为84％IACS，抗拉强度为1290MPa，延伸率为24％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例28相同。
实施例30：
一种高导电高强铜铬钙合金，该铜铬钙合金的Cr含量为8.00wt.％，Ca含量为0.10wt.％，余量为铜，导电率为80％IACS，抗拉强度为1050MPa，延伸率为13％。
本实施例的高导电高强Cu-Cr-Ca合金的制备方法与实施例28相同，区别在于将室温等通道转角挤压变形替换为80％冷轧变形。
对比例1：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.25％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为0.25wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为82％IACS，抗拉强度为380MPa，延伸率为12％。
对比例2：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.50％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为0.50wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为80％IACS，抗拉强度为425MPa，延伸率为10％。
对比例3：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为1.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为1.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为78％IACS，抗拉强度为470MPa，延伸率为9％。
对比例4：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为2.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为2.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为75％IACS，抗拉强度为520MPa，延伸率为6％。
对比例5：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为4.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为4.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为73％IACS，抗拉强度为560MPa，延伸率为5％。
对比例6：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为8.00％，Ca/(Cu+Cr+Ca)的质量百分数为0.10％，即所需铜铬钙合金中铬含量为8.00wt.％，钙含量为0.10wt.％配比纯铜块、铜铬中间合金块和铜钙中间合金块；经常规的铸造和冷轧变形加工工艺，冷轧变形量为80％，然后再经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理，得到Cu-Cr-Ca合金。
对该Cu-Cr-Ca合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为71％IACS，抗拉强度为600MPa，延伸率为4％。
对比例7：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为0.25％，即所需铜铬合金中铬含量为0.25wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为82％IACS，抗拉强度为500MPa，延伸率为12％。
对比例8：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为0.50％，即所需铜铬合金中铬含量为0.50wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为80％IACS，抗拉强度为540MPa，延伸率为11％。
对比例9：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为1.00％，即所需铜铬合金中铬含量为1.00wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为79％IACS，抗拉强度为579MPa，延伸率为9％。
对比例10：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为2.00％，即所需铜铬合金中铬含量为2.00wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为78％IACS，抗拉强度为630MPa，延伸率为7％。
对比例11：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为4.00％，即所需铜铬合金中铬含量为4.00wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为77％IACS，抗拉强度为670MPa，延伸率为6％。
对比例12：
按合金组成中Cr/(Cu+Cr)的质量分百分数为8.00％，即所需铜铬合金中铬含量为8.00wt.％配比纯铜块和铜铬中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；将烧结坯进行冷轧处理，冷轧变形量为80％，得到Cu-Cr板材；Cu-Cr板材经温度为480℃，时间为0.5h的时效处理后得到Cu-Cr合金。
对该Cu-Cr合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为76％IACS，抗拉强度为710MPa，延伸率为6％。
上述的本发明实施例1-30和对比例1-12制得的合金进行导电性能测试和强度测试的测试结果详见表1。其中导电性能采用线切割机制备的60mm×3mm×2mm电阻率测试样品，利用双臂电桥进行电阻率测量，并根据国际退火铜标准，换算得到样品的相对导电率，强度测试和延伸率测试采用国标GB/T 228-2002。
表1实施例1-30和对比例1-12的导电性能测试和强度测试结果
由上表1可以看出，与传统铸造-冷轧变形工艺以及不含钙的粉末制造-冷轧变形工艺相比，本发明的Cu-Cr-Ca合金的综合性优异，抗拉强度可达1290MPa，导电性能仍然高于86IACS％。
Claims (10)
1.一种高导电高强铜铬钙合金，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：0.05-10wt.％的Cr，0.01-0.5wt.％的Ca，余量为铜及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高导电高强铜铬钙合金，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：4-8wt.％的Cr，0.1-0.5wt.％的Ca。
3.根据权利要求1或2所述的高导电高强铜铬钙合金，其特征在于，所述铜铬钙合金的导电率为76-92％IACS，抗拉强度为550-1290MPa。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的高导电高强铜铬钙合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜铬钙合金原料采用雾化法制备合金粉末；
(2)将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；
(3)将烧结坯进行冷加工变形，得到变形态Cu-Cr-Ca材料；
(4)将变形态Cu-Cr-Ca材料进行多步时效处理，即得到所述铜铬钙合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述雾化法采用氮气或者氩气雾化，控制气体流量为0.02-0.24m3/s，气体压力为0.5-0.9MPa，雾化熔体温度为850-1350℃；或者，所述雾化法采用水雾化的方式，水流量为110-380kg/min，水压为5.5-20MPa，雾化熔体温度为850-1350℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述合金粉末的粒度为10-100μm。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括以下步骤：将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，于800-1300℃下烧结30-120min；所述还原性气氛为氢气气氛、分解氨气氛和一氧化碳气氛中的任一种。
8.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理为在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，控制烧结温度为700-950℃，保压时间为10-45min；所述还原性气氛为氢气气氛、分解氨气氛和一氧化碳气氛中的任一种。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷加工变形处理在室温下进行，处理过程中材料变形量为0-80％，所述冷加工变形处理采用多道次等通道转角挤压工艺。
10.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，当Cr的质量百分比大于6wt.％时，采用三步时效处理，首先在100-120℃下保温0.1-0.5h之后，再以6-8℃/min的升温速率升温至500-600℃下保温1.5-2h，最后以6-8℃/min的降温速率降温至200-250℃下保温0.5-1h；且当Cr的质量百分比不超过6wt.％时，采用两步时效处理，首先在150-180℃下保温0.5-1h之后，再以6-8℃/min的升温速率升温至550-600℃下保温2-3h。
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