CN113943874B - 一种用于5g基站电源连接器的铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于5G基站电源连接器的铜合金材料及其制备方法。该铜合金材料由以下组分组成：0.80~1.30wt%的Cr、0.10~0.25wt%的Zr、0.05~0.15wt%的Si、0.01~0.05wt%的V，其余为Cu。其制备方法包括合金熔铸、均匀化处理、热轧制、固溶处理、室温轧制、变温时效处理、恒温时效处理等步骤。本发明所制得的铜合金材料具有良好的硬度、强度、抗软化性和导电率等综合性能，可广泛应用于电子电气工业，特别是用于制作5G基站电源连接器。

Description

一种用于5G基站电源连接器的铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铜合金材料技术领域，具体涉及一种用于5G基站电源连接器的铜合金材料及其制备方法。

背景技术

铜及铜合金因其良好的导电性能、导热性能和力学性能被广泛应用于电子电气、航天航空和国防军工等领域，对科技和社会经济的发展提供重要支撑。纯铜的导电性能仅次于银，但其强度很低（工业纯铜的抗拉强度仅为230MPa左右），不能完全满足工业发展的需求，应用领域有限。对于铜合金而言，导电性能和力学性能的提升具有矛盾性，往往会以牺牲导电率为代价来提高铜合金的强度等力学性能。因此，如何有效解决该矛盾成为研究开发高强高导铜合金的关键。当前，常用的方法是在尽量保持较高导电性的前提下，通过合金化以及改变加工工艺等方法来提高铜合金的强度。

典型的高强高导铜合金材料包括Cu-Fe-P、Cu-Ni-Sn、Cu-Cr-Zr等系列合金。Cu-Fe-P合金具有良好的导电性，但是抗拉强度较低，例如，中国专利《一种铜铁磷锌锡合金箔材及其生产工艺》（专利号：202010199551.0）中制备的Cu-Fe-P-Zn-Sn合金的导电率≥65%IACS，抗拉强度仅为500MPa。Cu-Ni-Sn合金是一种典型的调幅分解强化型铜合金，具有高硬度和高强度等优良性能，但是其导电率仅为10%IACS左右，无法满足大电流的工作环境。例如，中国专利《一种5G通讯用Cu-Ni-Sn合金带箔材及其制备方法》（专利号：201911225058.5）中制备的Cu-Ni-Sn合金的硬度为160~220HV，抗拉强度为480~700MPa，导电率仅≥12%IACS。Cu-Cr-Zr合金具有优良的综合性能，其导电率≥70%IACS，抗拉强度≥550MPa，且具有一定的抗软化性和耐磨损性。但Cu-Cr-Zr合金在保持较高导电率≥80%IACS的同时，其抗拉强度小于600MPa。例如，马健凯等《高强高导Cu-Cr-Zr合金的微观组织与性能》，材料导报，2015，29（22），96-100，制备的Cu-Cr-Zr合金导电率为82.5%IACS，抗拉强度仅为550MPa。

5G通信对基站电源提出了更高的要求，主要包括：更大的输出功率、更高的电源转换效率、更高的功率密度、更小的物理尺寸、自然散热（无强制风冷或无水冷）、高可靠性等。针对上述要求，电源连接器所用材料需具有更高的导电率以适应大电流工作，更高的强度和硬度以提供可靠的接触维持力，以及更高的抗软化性能以适应更高的工作温度和散热困难的环境。本发明通过在Cu-Cr-Zr三元合金的基础上通过成分改进和工艺创新，在保持铜合金高导电率的同时进一步提高其强度和抗软化性能，满足5G基站电源连接器的性能需求，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于5G基站电源连接器的铜合金材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜合金材料，按质量百分比之和为100%计，其所含各组分为：0.80~1.30wt%的Cr、0.10~0.25wt%的Zr、0.05~0.15wt%的Si、0.01~0.05wt%的V，其余为Cu。

进一步的，Cr+Zr的质量百分比之和为1.00~1.55wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.06~0.18wt%。

所述铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）合金熔铸：在纯氩气保护下，将原材料放入感应炉中熔炼，然后将所得合金熔液浇铸到模具中并冷却到室温，得到合金铸锭。所用原材料为纯度≥99.9 wt%的Cu金属块，含5~10wt%Cr的Cu-Cr中间合金，含40~60wt%Zr的Cu-Zr中间合金，含20~40wt%Si的Cu-Si中间合金，含5~10wt%V的Cu-V中间合金；所用纯氩气中Ar的体积分数≥99.99%；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为880℃~980℃，保温时间为6~8小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃ ~900℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为60%~80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为900℃~1100℃，保温0.5~1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为75%~90%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为300℃~350℃，保温1~2分钟，以5℃/分钟~15℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至450℃~500℃，保温40分钟~60分钟，然后以5℃/分钟~15℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃~350℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为30%~50%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为280 ℃~320℃，保温时间为20~40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

本发明的优点在于：

（1）本发明在合金成分中以Cu、Cr、Zr、Si、V为主要元素，根据Miedema混合焓理论可知，V-Si和Si-Zr之间的混合焓大于Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Si和Cu-V。所以，该铜合金材料通过合适的制备工艺，可在铜基体中形成均匀分布的V-Si相、Si-Zr相、Cu-Zr相和富Cr相等析出相，多组元析出相间协同作用，能够更有效地阻碍位错与晶界的移动，同时减少铜基体中的溶质原子，从而提高合金的硬度、强度、抗软化温度和导电率。

（2）本发明在合金成分中加入了元素Si和V，有效降低了合金的层错能，有助于层错几率的增大，同时位错难以进行交滑移，使合金在冷轧后形成更多的位错，在时效过程中为析出相提供更多的形核位置，促进析出相的弥散析出，有利于提高合金的强度。

（3）本发明在固溶后采用液氮将合金材料迅速冷却至室温，可以在铜基体中形成大量的过饱和空位，既促进时效时溶质原子的扩散，也为析出相提供更多形核点，同时冷却速度快有利于铜基体中固溶更多的溶质原子，最终有助于形成更多细小弥散的析出相。

（4）本发明对合金采用第一次室温轧制+变温时效+第二次室温轧制+恒温时效的工艺，可以形成更多的析出相形核位置使固溶原子充分析出，同时析出相不会在时效过程中过度长大导致其对位错钉扎效果下降。该工艺下形成析出相颗粒细小弥散分布的微结构组织，有利于提高合金的导电率和强度。

（5）本发明的铜合金材料具有优良的综合力学性能和导电性能，其硬度为190~240HV，屈服强度为570~675MPa，抗拉强度为590~695MPa，断后伸长率为6~11%，软化温度为630~735℃，导电率为80~90% IACS。

附图说明

图1为实施例1所得铜合金材料的金相组织图；

图2为实施例1所得铜合金材料的透射电镜图；

图3为对比例1所得铜合金材料的金相组织图；

图4为对比例1所得铜合金材料的透射电镜图。

具体实施方式 下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。本发明相关的主要测试方法及标准：按照GB/T4340 .1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》测定铜合金材料的硬度；GB/T34505-2017《铜及铜合金材料 室温拉伸试验方法》测定铜合金材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率；按照GB/T33370-2016《铜及铜合金软化温度的测定方法》测定铜合金材料的软化温度；按照GB/T351-2019《金属材料电阻率测量方法》测定铜合金材料的导电率，并将其数值与国际退火铜标准（100% IACS，International Annealed Copper Standard）进行对比。

实施例1

合金成分的质量百分数为：0.80wt%的Cr、0.25wt%的Zr、0.07wt%的Si、0.05wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.05wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.12wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为880℃，保温时间为6小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至900℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为60%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为900℃，保温0.5小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为75%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为300℃，保温1分钟，以15℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至450℃，保温60分钟，然后以15℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为30%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为320℃，保温时间为40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为191HV，屈服强度为572MPa，抗拉强度为591MPa，断后伸长率为11%，软化温度为630℃，导电率为88% IACS。

图1为本实施例所得铜合金材料的金相组织图。由图中可见其晶粒细小均匀，晶粒尺寸为5~15μm。

图2是本实施例所得铜合金材料的透射电镜图。可以观察到大量细小均匀的析出相，弥散分布在铜基体中。

实施例2

合金成分的质量百分数为：1.30wt%的Cr、0.20wt%的Zr、0.05wt%的Si、0.01wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.50wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.06wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为900℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1100℃，保温1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为90%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为350℃，保温2分钟，以5℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至500℃，保温40分钟，然后以5℃/分钟的降温速率，将温度下降到350℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为50%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为280℃，保温时间为20分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为238HV，屈服强度为671MPa，抗拉强度为693MPa，断后伸长率为6%，软化温度为735℃，导电率为80% IACS。

实施例3

合金成分的质量百分数为：1.20 wt%的Cr、0.10wt%的Zr、0.15wt%的Si、0.03wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.30wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.18wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为980℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为75%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制变形，轧制总变形量为75%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为330℃，保温2分钟，以10℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至480℃，保温60分钟，然后以10℃/分钟的降温速率，将温度下降到330℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为35%%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为290℃，保温时间为35分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为204HV，屈服强度为619MPa，抗拉强度为642MPa，断后伸长率为9%，软化温度为656℃，导电率为86% IACS。

实施例4

合金成分的质量百分数为：1.30wt%的Cr、0.25wt%的Zr、0.10wt%的Si、0.01wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.55wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.11wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至850℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温0.5小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为90%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为350℃，保温1.5分钟，以5℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至460℃，保温50分钟，然后以5℃/分钟的降温速率，将温度下降到350℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为40%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为300℃，保温时间为20分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为223HV，屈服强度为632MPa，抗拉强度为673MPa，断后伸长率为7%，软化温度为693℃，导电率为81% IACS。

实施例5

合金成分的质量百分数为：0.90wt%的Cr、0.10wt%的Zr、0.05wt%的Si、0.03wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.00wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.08wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为920℃，保温时间为8小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为70%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为950℃，保温0.75小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为85%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为300℃，保温2分钟，以10℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至500℃，保温50分钟，然后以10℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为40%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为310℃，保温时间为40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为211HV，屈服强度为622MPa，抗拉强度为658MPa，断后伸长率为8%，软化温度为667℃，导电率为84% IACS。

对比例1

合金成分的质量百分数为：0.80wt%的Cr、0.25wt%的Zr、0.07wt%的Si、0.05wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.05wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.12wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为880℃，保温时间为6小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至900℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为60%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）第一次室温轧制：将热轧制后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为75%；

（5）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为300℃，保温1分钟，以15℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至450℃，保温60分钟，然后以15℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（6）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为30%；

（7）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为320℃，保温时间为40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料；

经检测，所得铜合金材料的硬度为165HV，屈服强度为491MPa，抗拉强度为526MPa，断后伸长率为8%，软化温度为517℃，导电率为80% IACS；

即证明步缺少固溶处理工艺，其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度明显变差，同时导电性能也有一定程度的下降。

图3为本对比例所得铜合金材料的金相组织照片，其金相组织不均匀，可以存在晶粒尺寸≥35μm的粗大晶粒。

图4为本对比例所得铜合金材料的透射电镜照片，可以观察到铜基体中的析出相较为稀少。

对比例2

合金成分的质量百分数为：1.50wt%的Cr、0.30wt%的Zr、0.20wt%的Si、0.10wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.80wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.30wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为900℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1100℃，保温1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为90%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为350℃，保温2分钟，以5℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至500℃，保温40分钟，然后以5℃/分钟的降温速率，将温度下降到350℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为50%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为280℃，保温时间为40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为183HV，屈服强度为534MPa，抗拉强度为552MPa，断后伸长率为5%，软化温度为521℃，导电率为65% IACS。

即证明当合金成分中Cr、Zr、Si、V含量高于限定范围时，其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度明显变差，同时导电性能也有一定程度的下降。

对比例3

合金成分的质量百分数为：0.50 wt%的Cr、0.05wt%的Zr、0.04wt%的Si、0.005wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为0.55wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.045wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为980℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为75%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制变形，轧制总变形量为75%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为330℃，保温2分钟，以10℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至480℃，保温60分钟，然后以10℃/分钟的降温速率，将温度下降到330℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为35%%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为290℃，保温时间为35分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为174HV，屈服强度为529MPa，抗拉强度为542MPa，断后伸长率为4%，软化温度为561℃，导电率为73% IACS。

即证明当合金成分中Cr、Zr、Si、V含量低于限定范围时，其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度明显变差，同时导电性能也有一定程度的下降。

对比例4

合金成分的质量百分数为：1.30wt%的Cr、0.25wt%的Zr、0.10wt%的Si、0.01wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.55wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.11wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，保温时间为7小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温0.5小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为90%；

（6）变温时效处理：将室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为350℃，保温1分钟，以5℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至460℃，保温60分钟，然后以5℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为178HV，屈服强度为526MPa，抗拉强度为547MPa，断后伸长率为5%，软化温度为533℃，导电率为71% IACS。

即证明缺少第二次室温冷轧+恒温时效时，其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度会明显变差，同时导电性能也有一定程度的下降。

对比例5

合金成分的质量百分数为：1.00wt%的Cr、0.2wt%的Zr、0.1wt%的Si、0.05wt%的V，其余为铜。Cr+Zr的质量百分比之和为1.20wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.15wt%。

其制备方法为：

（1）合金熔铸：将原材料放入感应炉的坩埚中，抽真空到3.0×10^-3Pa，然后通入1.1×10⁵Pa的纯氩气（Ar≥99.99%），在纯氩气（Ar≥99.99%）保护下进行熔炼，待固体完全熔化形成合金熔液后，保持10分钟，然后将合金熔液浇铸到石墨模具中，冷却后开模取出合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，保温时间为8小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至850℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为70%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为980℃，保温0.75小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为90%；

（6）恒温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为450℃，保温时间为60分钟，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将恒温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为50%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为310℃，保温时间为30分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

经检测，所得铜合金材料的硬度为186HV，屈服强度为541MPa，抗拉强度为587MPa，断后伸长率为5%，软化温度为544℃，导电率为68% IACS。

即证明变温时效改为恒温时效，其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度会明显变差，同时导电性能也有一定程度的下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种用于5G基站电源连接器的铜合金材料的制备方法，其特征在于，按质量百分比之和为100%计，所述用于5G基站电源连接器的铜合金材料其所含各组分为：0.80~1.30wt%的Cr、0.10~0.25wt%的Zr、0.05~0.15wt%的Si、0.01~0.05wt%的V，其余为Cu；

所述用于5G基站电源连接器的铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）合金熔铸：在纯氩气保护下，将原材料放入感应炉中熔炼，然后将所得合金熔液浇铸到模具中并冷却到室温，得到合金铸锭；

（2）均匀化处理：在纯氩气保护下，将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化处理温度为880℃~980℃，保温时间为6~8小时，然后随炉冷却至室温；

（3）热轧制：将均匀化后的合金铸锭加热至800℃ ~900℃，然后取出进行热轧处理，热轧总变形量为60%~80%，终轧后的合金材料立刻进行水淬处理，迅速冷却至室温；

（4）固溶处理：在纯氩气保护下，将热轧后的合金材料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为900℃~1100℃，保温0.5~1小时后，用液氮将合金材料迅速冷却至室温；

（5）第一次室温轧制：将固溶处理后的合金材料去除表面氧化皮，然后进行室温轧制，轧制总变形量为75%~90%；

（6）变温时效处理：将第一次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行变温时效处理，时效过程：初始时效温度为300℃~350℃，保温1~2分钟，然后以5℃/分钟~15℃/分钟的升温速率，将时效温度上升至450℃~500℃，保温40分钟~60分钟，然后以5℃/分钟~15℃/分钟的降温速率，将温度下降到300℃~350℃，随后以风冷的方式冷却至室温；

（7）第二次室温轧制：将变温时效处理后的合金材料进行室温轧制，轧制总变形量为30%~50%；

（8）恒温时效处理：将第二次室温轧制后的合金材料放入热处理炉中，在纯氩气保护下进行恒温时效，时效温度为280℃~320℃，保温时间为20~40分钟，随后以风冷的方式冷却至室温，得到所述铜合金材料。

2.根据权利要求1所述的铜合金材料的制备方法，其特征在于，Cr+Zr的质量百分比之和为1.00~1.55wt%，且Si+V的质量百分比之和为0.06~0.18wt%。

3. 根据权利要求1所述的铜合金材料的制备方法，其特征在于，所用原材料为纯度≥99.9 wt%的Cu金属块，含5~10wt%Cr的Cu-Cr中间合金，含40~60wt%Zr的Cu-Zr中间合金，含20~40wt%Si的Cu-Si中间合金，含5~10wt%V的Cu-V中间合金。

4.根据权利要求1所述的铜合金材料的制备方法，其特征在于，所用纯氩气中Ar的体积分数≥99.99%。

Images