CN113249612A - 新型触点铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型触点铜合金及其制备方法，涉及新型触点铜合金材料的制备技术领域；新型触点铜合金按照重量份数由以下原料组成：镍0.05‑0.4份，锡0.05‑0.2份，钴0.05‑0.4份，磷0.03‑0.15份，铜98.85‑99.82份。新型触点铜合金的制备方法包括：S1水平连铸工序，S2热挤压工序和S3冷拉工序。本发明采用镍钴锡磷微合金化方法，保持合金铜含量占99％，则能实现导电率大于85％。通过加入高温元素镍和钴，提高了合金的软化温度，确保合金在830℃退火，保温1小时后，合金硬度保持在HV80以上。通过采用水平连铸制备技术，流程短，成本低，满足生产需求。

Description

新型触点铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型触点铜合金材料的制备技术领域，具体而言，涉及一种新型触点铜合金及其制备方法。
背景技术
目前，在相关技术中，新能源电动车及充电桩都采用新型高压真空接触器控制电流。新型接触器制作工艺采用真空钎焊，陶瓷密封技术，内充特殊混合气体。体积小，寿命长，灭弧能力强，安全可靠。触点电寿命突破10万次，机械寿命突破100万次。
由于高温真空焊接工艺需在高温条件下进行，因此触点铜合金材料需满足如下要求：1.耐软化温度高，焊接过程中，触点在820℃—850℃高温下持续40分钟，焊接后的触点铜合金材料硬度不低于HV60，且越高越好。2.触点接触电阻低，触点铜合金材料的导电率大于80％。3.材料的焊接工艺性好。目前，国内同时满足上述3方面要求材料还没有。用于制作普通接触器的铁铜合金材料TFe2.5，可以满足高耐软化温度和焊接工艺的要求，但导电率达不到要求；铬锆铜合金Tcr1—0.15可以满足耐软化温度和导电率要求，但焊接工艺性不好，焊后表面发黑。为此，本发明设计一种新型触点铜合金，能同时满足高压真空接触器高导电率，高耐软化温度和高焊接工艺性好的要求，尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一方面提出一种新型触点铜合金。
本发明的第二方面提出一种新型触点铜合金的制备方法。
有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种新型触点铜合金，新型触点铜合金按照重量份数由以下原料组成：镍0.05-0.4份，锡0.05-0.2份，钴0.05-0.4份，磷0.03-0.15份，铜98.85-99.82份。
在该技术方案中，通过使镍0.05-0.4份，锡0.05-0.2份，钴0.05-0.4份，磷0.03-0.15份，铜98.85-99.82份，保证新型触点铜合金的铜含量，利用铜导电性好、电阻率低的特性，使新型触点铜合金的导电率最大化，实现导电率大于85％的目的，使触点铜合金材料满足导电率大于80％的要求；同时，铜具有较好的延展性，易于加工，降低操作难度；微量的锡和磷，可增加金属的流动性，使合金获得优异的焊接性能；通过在合金加入高温元素镍和钴，提高了合金的软化温度，确保触点在高温下焊接，焊接后的触点铜合金材料的硬度，满足高温真空焊接工艺对触点铜合金材料的要求。
本发明第二方面提供了一种新型触点铜合金的制备方法，新型触点铜合金的制备方法包括：S1水平连铸工序，S2热挤压工序和S3冷拉工序；S1，水平连铸工序包括：S1.1，将98.85-99.82份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃；S1.2，将0.05-0.4份镍，0.05-0.2份锡，0.05-0.4份钴，0.03-0.15份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1150℃；S1.3，静置30分钟；S1.4，将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃；S1.5，通过结晶器将熔液凝固成铸棒S1.6，通过连铸机将铸棒水平牵引出；S1.7，对铸棒进行切断，制成铸锭；S2，热挤压工序包括：S2.1，通过挤压机对铸锭进行热挤压，将挤压温度控制在850℃-950℃，挤压速度控制在1锭/3分钟，并将水封保护的水温控制在40℃以下，制成制品；S3，冷拉工序；S3.1，通过直线拉床对制品进行冷拉，将直线拉床的道次加工率控制在20-30％，将直线拉床的成品加工率控制在20-70％。
在该技术方案中，首先通过使S1水平连铸工序包括：S1.1，将98.85-99.82份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃，使加热温度超过铜的熔点，确保固态铜变为液态铜；S1.2，将0.05-0.4份镍，0.05-0.2份锡，0.05-0.4份钴，0.03-0.15份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1150℃，达到合金化的目的，使单质铜变为铜合金；S1.3，通过将熔液静置30分钟，确保熔液内元素完全反应、熔合；S1.4，将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃，避免熔液凝固；S1.5，通过结晶器将熔液凝固成铸棒，变成固态合金，以便于后续加工；S1.6，通过连铸机将铸棒水平牵引出，使铸棒的直径一致；S1.7，通过对铸棒进行切断，制成铸锭，便于加工和运输。S2，热挤压工序包括：S2.1，通过挤压机对铸锭进行热挤压，将挤压温度控制在850℃-950℃，挤压速度控制在1锭/3分钟，并将水封保护的水温控制在40℃以下，制成制品，确保挤压机制成均一的制品。S3，冷拉工序；S3.1，通过直线拉床对制品进行冷拉，将直线拉床的道次加工率控制在20-30％，将直线拉床的成品加工率控制在20-70％，避免变形量过大，确保成品的质量。本发明采用镍钴锡磷微合金化方法，保持合金铜含量占99％，则能实现导电率大于85％。通过加入高温元素镍和钴，提高了合金的软化温度，确保合金在830℃退火，保温1小时后，合金硬度保持在HV80以上。通过采用水平连铸制备技术，流程短，成本低，满足生产需求。
另外，本发明提供的上述技术方案中的新型触点铜合金的制备方法还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，优选地，水平连铸工序所用设备为工频感应熔化炉、工频感应保温炉和水平连铸拉铸机。
在该技术方案中，通过使水平连铸工序所用设备为工频感应熔化炉、工频感应保温炉和水平连铸拉铸机；利用工频感应熔化炉和工频感应保温炉具有铜水成分和温度易于控制的优点，准确控制炉内温度，减少制成铸件中，气体与夹杂物的含量，提高产品质量；利用水平连铸拉铸机，缩短加工流程，降低生产成本。
在上述技术方案中，优选地，热挤压工序所用设备为1200T挤压机。
在该技术方案中，通过使热挤压工序所用设备为1200T挤压机，可将制品制成φ25mm、φ30mm、φ35mm多种规格。
在上述技术方案中，优选地，冷拉工序采用直线拉伸工艺。
在该技术方案中，通过使冷拉工序采用直线拉伸工艺，确保成品均一，保证冷拉工序的工作质量，从而确保工作效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的新型触点铜合金的制备方法的流程图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的新型触点铜合金的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1和图2描述根据本发明一些实施例所述新型触点铜合金和新型触点铜合金的制备方法。
实施例一：
取镍0.2份、锡0.1份、钴0.2份、磷0.05份、铜99.45份。将99.45份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃；将0.2份镍，0.1份锡，0.2份钴，0.05份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1200℃；静置30分钟；将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃；将结晶器的进水温度控制在20-35℃，出水温度控制在30-45℃，将二次冷却水温控制在20-35℃，通过结晶器将熔液凝固成
Figure BDA0003030576000000041
铸棒；设定水平连铸牵引制度为停-拉-停-反推，通过连铸机将铸棒水平牵引出；通过锯床对铸棒进行切断，制成规格为
Figure BDA0003030576000000042
的铸锭。对规格为
Figure BDA0003030576000000043
的铸锭进行热挤压，将挤压机的参数设置为挤压温度900℃，挤压速度1锭/3分钟，水封温度35℃，挤压后的制品规格为
Figure BDA0003030576000000051
。对制品进行冷拉伸，设定拉伸工艺为：制头-拉伸
Figure BDA0003030576000000052
-矫直-定尺-检验包装。
实施例二：
取镍0.3份、锡0.15份、钴0.3份、磷0.1份、铜99.15份。将99.15份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃；将0.3份镍，0.15份锡，0.3份钴，0.1份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1200℃；静置30分钟；将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃；将结晶器的进水温度控制在20-35℃，出水温度控制在30-45℃，将二次冷却水温控制在20-35℃，通过结晶器将熔液凝固成
Figure BDA0003030576000000053
铸棒；设定水平连铸牵引制度为停-拉-停-反推，通过连铸机将铸棒水平牵引出；通过锯床对铸棒进行切断，制成规格为
Figure BDA0003030576000000055
的铸锭。对规格为
Figure BDA0003030576000000054
的铸锭进行热挤压，将挤压机的参数设置为挤压温度900℃，挤压速度1锭/3分钟，水封温度35℃，挤压后的制品规格为
Figure BDA0003030576000000056
。对制品进行冷拉伸，设定拉伸工艺为：制头-拉伸
Figure BDA0003030576000000057
-矫直-定尺-检验包装。
实施例三：
取镍0.4份、锡0.2份、钴0.4份、磷0.15份、铜98.85份。将98.85份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃；将0.4份镍，0.2份锡，0.4份钴，0.15份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1200℃；静置30分钟；将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃；将结晶器的进水温度控制在20-35℃，出水温度控制在30-45℃，将二次冷却水温控制在20-35℃，通过结晶器将熔液凝固成
Figure BDA0003030576000000058
铸棒；设定水平连铸牵引制度为停-拉-停-反推，通过连铸机将铸棒水平牵引出；通过锯床对铸棒进行切断，制成规格为
Figure BDA0003030576000000059
的铸锭。对规格为
Figure BDA00030305760000000510
的铸锭进行热挤压，将挤压机的参数设置为挤压温度900℃，挤压速度1锭/3分钟，水封温度35℃，挤压后的制品规格为
Figure BDA00030305760000000511
。对制品进行冷拉伸，设定拉伸工艺为：制头-拉伸
Figure BDA00030305760000000512
-矫直-定尺-检验包装。
将上述三个实例的结果与铁铜TFe2.5、铬锆铜Tcr1-0.15进行对比，得出数据如下：
实施例一：导电率88％，耐软化性能79HV(830℃退火保温1小时)，焊接性能优；
实施例二：导电率87％，耐软化性能80HV(830℃退火保温1小时)，焊接性能优；
实施例三：导电率86％，耐软化性能82HV(830℃退火保温1小时)，焊接性能优；
TFe2.5：导电率65％，耐软化性能70HV(830℃退火保温1小时)，焊接性能优；
Tcr1-0.15：导电率80％，耐软化性能80HV(830℃退火保温1小时)，焊接性能良，焊接表面变黑。
上述三个实施例的导电率均大于80％，且高于TFe2.5和Tcr1-0.15；耐软化性能均高于60HV，高于TFe2.5，接近与Tcr1-0.15的耐软化性能，且焊接性能优良。该新型触点铜合金同时能满足高压真空接触器高导电率，高耐软化温度和高焊接工艺性好的要求，即满足触点铜合金在高温真空焊接工艺的高温条件下对于触点合金的要求。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型触点铜合金，其特征在于，所述新型触点铜合金按照重量份数由以下原料组成：
镍0.05-0.4份，锡0.05-0.2份，钴0.05-0.4份，磷0.03-0.15份，铜98.85-99.82份。
2.一种新型触点铜合金的制备方法，其特征在于，所述新型触点铜合金的制备方法包括：
S1水平连铸工序，S2热挤压工序和S3冷拉工序；
S1，水平连铸工序包括：
S1.1，将98.85-99.82份铜加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1100℃；
S1.2，将0.05-0.4份镍，0.05-0.2份锡，0.05-0.4份钴，0.03-0.15份磷依次加入熔化炉内后，提升熔化炉内温度至1150℃；
S1.3，静置30分钟；
S1.4，将熔化后的熔液导流至保温炉中，将保温炉温度控制在1100℃-1200℃；
S1.5，通过结晶器将熔液凝固成铸棒；
S1.6，通过连铸机将铸棒水平牵引出；
S1.7，对铸棒进行切断，制成铸锭；
S2，热挤压工序包括：
S2.1，通过挤压机对铸锭进行热挤压，将挤压温度控制在850℃-950℃，挤压速度控制在1锭/3分钟，并将水封保护的水温控制在40℃以下，制成制品；
S3，冷拉工序；
S3.1，通过直线拉床对制品进行冷拉，将直线拉床的道次加工率控制在20-30％，将直线拉床的成品加工率控制在20-70％。
3.根据权利要求2所述的新型触点铜合金的制备方法，其特征在于：
所述水平连铸工序所用设备为工频感应熔化炉、工频感应保温炉和水平连铸拉铸机。
4.根据权利要求2所述的新型触点铜合金的制备方法，其特征在于：
所述热挤压工序所用设备为1200T挤压机。
5.根据权利要求2所述的新型触点铜合金的制备方法，其特征在于：
所述冷拉工序采用直线拉伸工艺。
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