CN113737050A

CN113737050A - 铜合金及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN113737050A
Application number: CN202110983796.7A
Authority: CN
Inventors: 傅臻; 赵瑞山; 樊玉川; 周煌; 黄美松; 黄培; 李剑; 刘华
Original assignee: Hunan Rare Earth Metal Materials Research Institute Co ltd
Current assignee: Hunan Rare Earth Metal Materials Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2041-08-25
Also published as: CN113737050B

Abstract

本发明涉及一种铜合金，按重量百分比计，包括以下组分：六硼化镧0.05％～2.0％；稀土元素0.1％～1.0％；微量元素0.02％～0.3％；余量为铜元素；稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少一种。本发明将六硼化镧、微量元素、稀土元素与铜按特定比例添加，各元素之间协同作用，在能够保持较好的电导率的基础上，使得到的铜合金的抗拉强度和屈服强度得到有效提升，解决了传统铜合金在高导电性和高强韧性能难以兼备的矛盾问题。

Description

铜合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铜合金材料领域，特别涉及一种铜合金及其制备方法和应用。

背景技术

铜合金，以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。铜合金具有良好的导电、导热、耐腐蚀性以及优良的加工性能和较高的强度，被广泛应用于生产电线电缆、铜排、绕包线等电工产品。然而，传统的铜合金存在高导电性和高强韧性能难以兼备的问题，进而导致应用范围受限。

发明内容

基于此，本发明提供了一种铜合金及其制备方法和应用，在能够保持较好的电导率的基础上，有效提升其抗拉强度和屈服强度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种铜合金，按重量百分比计，包括以下组分：

所述稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的铜合金中，按重量百分比计，包括以下组分：

在其中一些实施例中，所述的铜合金中，所述微量元素选自碲元素、锆元素和银元素中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的铜合金中，所述稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少两种。

在其中一些实施例中，所述的铜合金中，所述稀土元素为镧元素和钇元素两种，所述镧元素和钇元素的重量比为1:(0.5～2)。

本发明提供了一种铜合金的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的铜合金的组分原料；

将各原料混合熔炼，保温，成型，得所述铜合金。

在其中一些实施例中，所述的铜合金的制备方法中，所述原料包括六硼化镧粉末、稀土元素与铜基的二元中间合金、微量元素单质和铜单质，所述六硼化镧以六硼化镧粉末的形式加入，所述稀土元素以稀土元素与铜基的二元中间合金形式加入，所述微量元素和所述铜元素以单质形式加入。

本发明提供了一种上述的铜合金在制备铜合金制品中的应用。

本发明提供了一种铜合金制品，其材质包含上述的铜合金。

与现有技术相比较，本发明的铜合金具有如下有益效果：

本发明将六硼化镧、微量元素、稀土元素与铜元素按特定比例添加，各元素之间协同作用，六硼化镧有效提高铜合金的强韧性，在能够保持较好的电导率的基础上，使得到的铜合金的抗拉强度和屈服强度得到有效提升，解决了传统铜合金在高导电性和高强韧性能难以兼备的问题。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的铜合金及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，“至少一种”的含义是一种、两种或两种以上，除非另有明确具体的限定；同理，“至少两种”的含义是两种或两种以上。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

本发明一实施方式提供了一种铜合金，按重量百分比计，包括以下组分：

稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少一种。

可以理解，稀土元素可以选自镧元素一种，或铈元素一种，或钇元素一种，或钪元素一种，或镧元素和铈元素两者，或镧元素和钇元素两者，或镧元素和钪元素两者，或铈元素和钇元素两者，或铈元素和钪元素两者，或钇元素和钪元素两者，或镧元素、铈元素和钇元素三者，或镧元素、铈元素和钪元素三者，或镧元素、钇元素和钪元素三者，或铈元素、钇元素和钪元素三者，或镧元素、铈元素、钇元素和钪元素四者。

可以理解，铜合金包含不可避免的杂质。例如，由于铜元素是由铜单质的形式加入，而铜单质的纯度也并非100％，故而铜元素的重量百分比中包含不可避免的杂质。

可以理解，六硼化镧占铜合金整体重量百分比可以为0.05％、0.08％、0.1％、0.15％、0.20％、0.3％、0.5％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.8％、2.0％等。

在其中一些示例中，铜合金中，按重量百分比计，包括以下组分：

在其中一些具体的示例中，铜合金中，按重量百分比计，包括以下组分：

在一些示例中，上述铜合金的组分由六硼化镧、稀土元素、微量元素和铜元素组成。

在其中一些示例中，铜合金中，微量元素选自碲元素、锆元素和银元素中的至少一种。

可选地，在其中一些示例中，铜合金中，微量元素选自碲元素、锆元素和银元素中的至少一种。

可以理解，微量元素选自碲元素一种，或锆元素一种，或银元素一种，或碲元素和锆元素两种，或碲元素和银元素两种，或锆元素和银元素两种，或碲元素、锆元素和银元素三种。

在其中一些具体的示例中，铜合金中，微量元素为碲元素和银元素两种，或锆元素和银元素两种。

在其中一些示例中，铜合金中，稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少两种。

可选地，在其中一些示例中，铜合金中，稀土元素至少包含镧元素。可以理解，稀土元素可以只含有镧元素一种；或含有铈元素、钇元素、钪元素中的一种，以及含有镧元素；或含有铈元素、钇元素和钪元素中的两种，以及含有镧元素；或同时含有镧元素、铈元素、钇元素和钪元素四种。

在其中一些具体的示例中，铜合金中，稀土元素为镧元素和钇元素两种，镧元素和钇元素的重量比为1:(0.5～2)；优选地，镧元素和钇元素的重量比为1:1。

其中，镧元素、钇元素和铈元素的总重量百分比不小于0.1％，不大于1.0％；碲元素、锆元素和银元素的总重量百分比不小于0.02％，不大于0.3％。

其中，碲元素、锆元素和银元素的总重量百分比不小于0.02％，不大于0.25％。

其中，镧元素和钇元素的总重量百分比不小于0.3％，碲元素、锆元素和银元素的总重量百分比不小于0.02％，不大于0.25％。

其中，碲元素和锆元素的总重量百分比为0.2％。

在其中一些可选的示例中，铜合金中，镧元素和钇元素的重量比为1:(0.5～2)；优选地，镧元素和钇元素的重量比为1:1。

在其中一些较优的示例中，铜合金中，按重量百分比计，包括以下组分：

本发明将六硼化镧、微量元素、稀土元素与铜按特定比例添加，各元素之间协同作用，六硼化镧有效提高铜合金的强韧性，在能够保持较好的电导率的基础上，使得到的铜合金的抗拉强度和屈服强度得到有效提升，解决了传统铜合金在高导电性和高强韧性能难以兼备的问题。

本发明一实施方式提供了一种铜合金的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的铜合金的组分提供原料；

将各原料混合熔炼，保温，成型，得铜合金。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，原料包括六硼化镧粉末、稀土元素与铜基的二元中间合金、微量元素单质和铜单质，六硼化镧以六硼化镧粉末的形式加入，稀土元素以稀土元素与铜基的二元中间合金形式加入，微量元素和铜元素以单质形式加入。可以理解，稀土元素中，镧元素、铈元素、钇元素、钪元素分别以铜镧、铜铈、铜钇或铜钪的形式添加；微量元素中，碲元素、锆元素、银元素分别以碲单质、锆单质和银单质的形式添加；铜元素以铜单质的形式添加。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，熔炼的方式选自频炉熔炼、上引炉熔炼、高频炉熔炼和电弧炉熔炼中的一种。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，熔炼的温度为1100～1250℃。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，熔炼的环境为真空熔炼、氩气保护熔炼、或鳞片石墨覆盖熔炼。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，保温的温度为1080℃～1200℃，保温的时间为5min～80min。

在其中一些示例中，铜合金的制备方法中，成型的方式为浇出成型或引出成型。

本发明一实施方式提供了一种上述铜合金在制备铜合金制品中的应用。

本发明一实施方式提供了一种铜合金制品，包括上述的铜合金。

在其中一些示例中，铜合金制品为电线电缆、铜排、绕包线等。

具体实施例

以下按照本发明的铜合金及其制备方法和应用举例，可理解，本发明的铜合金及其制备方法和应用并不局限于下述实施例。

实施例1

按重量百分比，铜合金的组成成分为：2.0％的六硼化镧，0.5％的稀土元素镧，0.5％的稀土元素钇，0.2％的微量元素碲，0.05％的微量元素银，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(1)将电解铜投入真空电弧熔炼炉，在真空下进行熔炼，熔炼温度为1180℃，得铜液；

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜镧二元中间合金、铜钇二元中间合金、纯碲和纯银，在1150℃保温8min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

实施例2

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.5％的六硼化镧，0.2％的稀土元素镧，0.2％的稀土元素钇，0.2％的微量元素锆，0.05％的微量元素银，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(1)将电解铜投入频熔炼炉，在氩气保护下进行熔炼，熔炼温度为1120℃，得铜液；

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜镧二元中间合金、铜钇二元中间合金、纯锆和纯银，在1140℃保温15min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

实施例3

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.5％的六硼化镧，0.2％的稀土元素镧，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜镧二元中间合金和纯锆，在1140℃保温15min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

实施例4

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.3％的六硼化镧，0.1％的稀土元素铈，0.02％的微量元素碲，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(1)将电解铜投入高频熔炼炉，在真空下进行熔炼，熔炼温度为1160℃，得铜液；

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜铈二元中间合金和纯碲，在1160℃保温5min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

实施例5

按重量百分比，铜合金的组成成分为：1.0％的六硼化镧，0.3％的稀土元素镧，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(1)将电解铜投入上引熔炼炉，在鳞片石墨覆盖下进行熔炼，熔炼温度为1180℃，得铜液；

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜镧二元中间合金和纯锆，在1160℃保温30min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液通过结晶器上引成型。

对比例1

组成成分仅有铜及不可避免的杂质，不添加微量元素和稀土元素。。

具体步骤如下：

(1)将电解铜投入中频熔炼炉，在氩气保护下进行熔炼，熔炼温度为1120℃，得铜液；

(2)将步骤(1)得到的铜液在1140℃保温15min；

(3)浇出成型。

对比例2

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.5％的六硼化镧，2％的稀土元素镧，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

对比例3

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.5％的六硼化镧，0.2％的稀土元素钐，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜钐二元中间合金和纯锆，在1140℃保温15min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

对比例4

按重量百分比，铜合金的组成成分为：0.5％的六硼化镧，0.2％的稀土元素铒，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(2)在步骤(1)得到的铜液中，添加六硼化镧粉末、铜铒二元中间合金和纯锆，在1140℃保温15min，得铜合金液；

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

对比例5

按重量百分比，铜合金的组成成分为：3％的六硼化镧，0.2％的稀土元素镧，0.2％的微量元素锆，其余为铜及不可避免的杂质。

具体步骤如下：

(3)将步骤(2)得到的铜合金液浇出成型。

按重量百分比计，实施例1～5和对比例1～5的组成成分如表1所示。

表1(％)

将实施例1～5和对比例1～5制备出的铜合金锭切成直径10mm的圆棒，经过总变形量为40％的多道次拉拔，再650℃下退火1h，分别获得完全退火态的铜合金棒。对获得铜合金棒进行导电率测量和力学性能测量，力学性能包括抗拉强度和屈服强度。导电率、抗拉强度和屈服强度的测量标准如下：

导电率：GB/T 3048.2-2007；

抗拉强度：GB/T 4909.3-2009；

屈服强度：GB/T 4909.3-2009；

测试结果如表2所示。

表2

从表2可以看出，实施例1～5将特定重量百分比的六硼化镧、稀土元素和微量元素于铜混合，制备得到的铜合金在保证导电率的基础上，抗拉强度和屈服强度优于对比例1～5。其中，实施例1～2，包含镧元素和钇元素两种稀土元素，且镧元素和钇元素的重量为1:1，配合六硼化镧和微量元素，其抗拉强度和屈服强度提升的最为显著；对比例1未添加六硼化镧、稀土元素和微量元素，抗拉强度和屈服强度最低；对比例2，添加的稀土元素含量较多，对比例3～4，添加的稀土元素为钐或铒，虽然相比对比例1，其抗拉强度和屈服强度均有所提升，但屈服强度提升量均不如实施例1～5；对比例5，添加的镧元素含量较多，其抗拉强度和屈服强度提升较大，但是其导电率降低至98.17％。即，本发明的铜合金，需采用特定的稀土元素，配合六硼化镧、微量元素与铜按特定百分含量协同作用，才使得能在保障导电性能的同时，提高铜合金的抗拉强度和屈服强度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种铜合金，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：

六硼化镧 0.05％～2.0％；

稀土元素 0.1％～1.0％；

微量元素 0.02％～0.3％；

余量为铜元素；

2.如权利要求1所述的铜合金，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：

六硼化镧 0.3％～2.0％；

稀土元素 0.1％～1.0％；

微量元素 0.02％～0.25％；

余量为铜元素。

3.如权利要求2所述的铜合金，其特征在于，所述微量元素选自碲元素、锆元素和银元素中的至少一种。

4.如权利要求1～3任一项所述的铜合金，其特征在于，所述稀土元素选自镧元素、铈元素、钇元素和钪元素中的至少两种。

5.如权利要求4所述的铜合金，其特征在于，所述稀土元素为镧元素和钇元素两种，所述镧元素和钇元素的重量比为1:(0.5～2)。

6.如权利要求5所述的铜合金，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：

余量为铜元素。

7.一种铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照权利要求1～6任一项所述的铜合金的组分提供原料；

将各原料混合熔炼，保温，成型，得所述铜合金。

8.如权利要求7所述的铜合金的制备方法，其特征在于，所述原料包括六硼化镧粉末、稀土元素与铜基的二元中间合金、微量元素单质和铜单质，所述六硼化镧以六硼化镧粉末的形式加入，所述稀土元素以稀土元素与铜基的二元中间合金形式加入，所述微量元素和所述铜元素以单质形式加入。

9.如权利要求1～6任一项所述的铜合金在制备铜合金制品中的应用。

10.一种铜合金制品，其材质包含如权利要求1～6任一项所述的铜合金。