CN114457256A - 一种抗应力松弛的高强高弹铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗应力松弛的高强高弹铜合金，所述合金的成分为Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er中一种或以上，含量为：Ni：13wt％‑17wt％；Sn：6.3～9.6wt％；Ag：0.8～2wt％；La：0.2～1.2wt％；Er：0.08‑0.6wt％。发明还公开了抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，包括熔炼、酸洗、定向凝固、均匀化固溶处理、冷变形处理、时效处理等步骤。采用定向凝固的方法制备出的多组元Cu‑Ni‑Sn系高强高弹铜合金不仅具有高的强度和弹性性能而且有较高的抗应力松弛性能。其原理为通过合金元素的添加和定向凝固工艺参数的优化，减少枝晶偏析，抑制时效过程中不连续沉淀的长大从而提高合金的强度和抗应力松弛性能。同时能够缩短均匀化时间，抑制晶粒长大提高细晶强化效果和降低生产成本。

Description

一种抗应力松弛的高强高弹铜合金及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，具体属于一种抗热应力松弛的高强高弹铜合金及其制备方法。
背景技术
铜合金作为电子信息产业不可或缺的材料之一，随着电子信息技术的快速发展而被广泛使用。而其中被誉为“有色弹性材料之王”的铍铜，凭借着其高强度、优良的弹性和导电导热性、高疲劳极限、高耐磨，良好的耐蚀性、受冲击时不产生火花等优异性能，被大量应用于制造高功率电子元器件、精密接插端子和继电器等电子元器件中，是目前市场上主流的高端弹性铜合金。
随着电子信息技术的快速发展，对高强弹性铜合金的性能也提出了更高的要求，由于铍铜的尺寸稳定性和抗热应力松弛性能均较差，这极大的限制了其应用。此外，铍铜合金是以铍作为主要合金组元的一种无锡青铜，在制备过程中易产生有毒的粉尘，随着国家越发严苛的环保政策落地，严重限制了其生产及扩展。
目前，Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金被认为是最有潜力替代铍铜材料的合金之一，近年来受到广泛关注，但是高Sn含量的Cu-Ni-Sn系合金存在着Sn元素的偏析和反偏析，使得熔铸法制备的铸锭存在大量的缩孔和疏松，时效后期不连续沉淀的析出严重降低了合金的力学性能等问题。所以对Cu-Ni-Sn系合金的研究主要集中在合金元素加入抑制Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金中Sn的偏析，以及在时效过程中阻碍调幅组织向不连续沉淀的转变，从而达到提高合金性能的目的。但是合金元素对Cu-Ni-Sn系合金性能的提升非常有限，往往是单一性能的提升，并且主要表现在对其强度方面的提升，对于抗应力松弛性能、导电、导热等综合性能的提升研究极少。目前研究较多的是C72900合金，C72900合金是一种Cu-Ni-Sn系铜基亚稳分解强化的新型高性能弹性电子材料，其在高温下具有良好的抗应力松弛能力,被认定为继铍铜后理想的高温电连接器接插件材料之一，虽然C72900合金在很高温度下也能够保持形态稳定,不发生形变，但是高温下会有很小的应力松弛，导致其应用范围比铍铜小，无法大规模替代铍铜使用。
因此，研究开发出一种与C72900合金相比具有明显的性能优势，能够提高合金的抗热应力松弛性能、强度、弹性和耐磨性的高强高弹铜合金及其制备方法是很有必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗热应力松弛的高强高弹铜合金及其制备方法，该制备方法能够有效改善Cu-Ni-Sn系合金的枝晶偏析，提高合金的抗热应力松弛性能、强度、弹性和耐磨性，且与C72900合金相比具有明显的性能优势。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用稀土元素与其他金属元素进行复合添加，同时结合定向凝固技术，实现对合金微观组织的精准调控，从而大幅提高Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金综合性能合金制备方法，并用该方法制备获得了抗热应力松弛的高强高弹铜合金，能够完全替代铍铜使用。
本发明的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的成分包括Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er中一种或以上，还包括有不可避免的杂质元素，其中，Cu是合金基体，Ni、Sn是主合金元素，Ag、La和Er中一种或以上是合金化元素，其含量：
Ni含量：13～17wt％；
Sn含量：6.3～9.6wt％；
Ag含量：0.8～2wt％；
La含量：0.2～1.2wt％；
Er含量：0.08～0.6wt％。
其中，稀土元素La和Er可以按其含量只放其中一种，也可以两种稀土元素都放入。
为进一步提高制备出的合金的综合性能，对上述成分进一步优化，获得综合性能更加优异的抗应力松弛的Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金，优化后的成分含量如下：
Ni含量：14.0～16.0wt％；
Sn含量：7.8～8.5wt％；
Ag含量：1.2～1.8wt％；
La含量：0.3～0.8wt％；
Er含量：0.1～0.4wt％。
本发明还包含有上述一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，包括熔炼、酸洗、定向凝固、均匀化固溶处理、冷变形处理、时效处理等步骤，具体步骤为：
步骤一：按合金含量称取所需元素依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1300-1500℃，完全融化后充入惰性气体进行精炼，获得第一金属熔体，并保温5-10min；
步骤二：将保温完成后的第一金属熔体降温至1200-1300℃，然后将第一金属熔体倒入模具内随炉冷却，获得合金铜杆；
步骤三：将获得的合金铜杆酸洗去除氧化表层并清洗；
步骤四：将清洗后的合金铜杆放入定向凝固炉内，并抽真空至1×10-3Pa以下，之后充入惰性气体并加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，保温一段时间；
步骤五：将第二金属熔体通过牵引系统牵引至采用液态金属冷却液作为冷却介质的液态金属冷却桶中，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差，使得牵引第二金属熔体获得的合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长，在液态金属冷却桶内冷却后获得定向凝固合金铜杆；
步骤六：将定向凝固合金铜杆进行均匀化处理后迅速水冷，冷却水温度为20-35℃，实现固溶处理；
步骤七：对均匀化固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为70％-80％；
步骤八：对冷拉拔后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为400-550℃，时效时间为1-8h。
优选地，步骤五中所述液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为500-1000L/h，进水温度20-25℃，出水温度30-40℃，保证获得效果最佳的温度梯度，温度梯度场的控制对于定向凝固的效果至关重要。
优选地，步骤五所述定向凝固的抽拉速度为500-5000μm/s。
可选地，步骤一所述的元素Cu、Ni、Sn、Ag为纯度99.9wt％以上的纯金属，La和Er中一种或以上采用中间合金的方式加入，即可加入Cu-La合金和Cu-Er合金中一种或以上的方式加入，从而减少烧损率。
可选地，步骤四中充入定向凝固炉的惰性气体先经过脱水处理，为防止第二金属熔体发生氧化、吸气，惰性气体水分含量优选小于3.0g/L，且为达到较好的脱气精炼效果，在定向凝固炉内充入惰性气体含量为，使定向凝固炉真空度保持在0.5-5Pa。
优选地，步骤一充入真空熔炼炉和步骤四中充入定向凝固炉的惰性气体为氩气；步骤三酸洗采用盐酸溶液，清洗采用酒精；步骤四中加热熔炼升温速度为20-50℃/min，有利于样品的均匀受热。
优选地，步骤四熔炼温度为1200-1280℃，保温时间为10-25min，有利于溶质原子充分扩散减少偏析，且有利于杂质的上浮。
优选地，为获得最佳的均匀化固溶效果，步骤六所述均匀化处理的温度为800-850℃，时间为2-8h。
优选地，步骤二中模具采用石墨模具，步骤三中将合金铜杆放置于30％的盐酸溶液中酸洗5min去除氧化表层；为获得最佳的均匀化固溶效果，步骤五中，定向凝固生长的合金在液态金属冷却桶内冷却2.5h后取出。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)通过定向凝固的方法，改善Cu-Ni-Sn系合金铸态组织的偏析问题，并且通过控制定向凝固过程中的抽拉速度来控制铸态组织的枝晶间距。结合复合添加的方式进一步改善合金铸态组织的偏析，达到消除铸态组织的微观和宏观偏析的目的。合金的定向凝固组织与普通熔炼浇铸的组织相比，具有更小的枝晶间距，且不存在反偏析等问题，能够有效的缩短均匀化时间，节约生产成本。
(2)通过Ag、La和Er中一种或以上等金属元素的复合添加，能够有效调控Cu-Ni-Sn系铜合金的显微组织和微观结构，显著改善合金的加工性能，抑制合金时效后期不连续沉淀的析出和长大，显著提高合金的强度和抗热应力松弛性能。添加的合金元素所形成的析出相不仅能够通过弥散强化的方式增强合金的强度，而且析出相对合金在高温环境下的回复与再结晶行为都有一定的抑制效果，从而提高合金的抗过时效能力和抗高温软化的能力。
(3)通过采用Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er中一种或以上作为原材料，通过真空熔炼、定向凝固、多道次形变热处理等多种强化方式相结合的方法制备合金，显著提高了合金性能，经测试，合金的强度达1400～1600MPa，弹性模量达145-155GPa，在200℃条件下应力松弛测试1000h后的应力松弛率≤5％，改善了现有以C72900为代表的Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金抗热应力松弛能力不足的问题，满足电子信息技术、微电子工业高性能导电弹性器件等发展的要求。
附图说明
为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的铸态组织图，
图2为对比例1的铸态组织图，
图3为实施例2的铸态组织图，
图4为实施例3的铸态组织图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。
实施例1
步骤一：按表1所示合金成分及含量称取所需的Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er，依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1400℃，待完全熔化后充入氩气进行精炼，获得第一金属熔体，保温8min。
步骤二：保温完成后将第一金属熔体降温至1200℃，然后将其倒入石墨模具内随炉冷却，获得合金铜杆。
步骤三：将获得的合金铜杆用30％的盐酸溶液酸洗5min去除氧化表层，并用酒精清洗。
步骤四：然后放入定向凝固炉内并抽真空至1×10-3Pa以下，之后充入氩气保护并开始加热熔炼，获得第二金属熔体，加热升温速度为35℃/min，熔炼温度为1220℃，保温时间为15min。
步骤五：到达保温时间后，牵引系统将第二金属熔体牵引至下方的液态金属冷却桶中，抽拉速度为500μm/s，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差，液态金属冷却桶所使用的液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为800L/h，进水温度保持在22±2℃，出水温度保持在33±2℃，使得合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长。待牵引出400mm长度试样后继续在液态金属冷却桶内冷却2.5h取出，获得定向凝固合金铜杆。
步骤六：上述定向凝固合金铜杆先进行均匀化处理后迅速水冷，以达到固溶处理的效果，所述固溶温度为800℃，时间为4h，水淬的冷却水温度为25℃。
步骤七：将均匀化固溶处理的定向凝固合金铜杆进行多道次冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为80％。
步骤八：将变形后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为450℃，时效时间为6h。
完成后，即获得抗热应力松弛的高强高弹铜合金，测试其性能如表1所示，其铸态组织如图1所示。
对比例1
除合金成分为Cu-15Ni-8Sn合金，不添加La和Er等其它合金元素，且在真空熔炼浇铸后直接进行均匀化固溶-冷变形-时效处理，不进行定向凝固处理外，制备过程及工艺条件与实施例1相同，获得的合金即目前研究最多的C72900合金，其性能如表1所示，铸态组织如图2所示。
实施例2
步骤一：按表1所示合金成分及含量称取所需的Cu、Ni、Sn、Ag、La依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1350℃，待完全融化后充入惰性气体氩气进行精炼，获得第一金属熔体，并保温10min。
步骤二：保温完成后将第一金属熔体降温至1280℃，然后将第一金属熔体倒入石墨模具内冷却，冷却方式为随炉冷却，获得合金铜杆。
步骤三：将获得的合金铜杆用30％的盐酸溶液酸洗5min去除氧化表层，然后采用酒精清洗。
步骤四：将清洗先后的合金铜杆放入定向凝固炉内并抽真空至1×10-3Pa以下，之后冲入惰性气体氩气保护，然后开始加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，加热升温速度为40℃/min。熔炼温度为1250℃，保温时间为20min。
步骤五：到达保温时间后，牵引系统将第二金属熔体牵引至下方的液态金属冷却桶中，抽拉速度为1000μm/s，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差。液态金属冷却桶所使用的液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为1000L/h，进水温度保持在22±2℃，出水温度保持在33±2℃，使得合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长。待牵引出400mm长度试样后继续在液态金属冷却桶内冷却2.5h取出，获得定向凝固合金铜杆。
步骤六：上述定向凝固合金铜杆先进行均匀化处理后迅速水冷，以达到固溶处理的效果，所述固溶温度为800℃，均匀化和固溶时间在3h，水淬的冷却水温度为25℃。
步骤七：将均匀化固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为70％。
步骤八：将变形后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为380℃，时效时间为3h。
完成后，即获得抗热应力松弛的高强高弹铜合金，测试其性能如表1所示，其铸态组织如图3所示。
实施例3
除在步骤五定向凝固过程中合金的抽拉速度为3000μm/s外，合金成分、工艺过程及参数等条件与实施例2相同，获得的抗热应力松弛的高强高弹铜合金性能如表1所示，铸态组织如图4所示。
实施例4
步骤一：按表1所示合金成分及含量称取所需的Cu、Ni、Sn、Ag、La依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1500℃，待完全融化后充入惰性气体氩气进行精炼，获得第一金属熔体，并保温5分钟。
步骤二：保温完成后将第一金属熔体降温至1200℃，然后将其倒入石墨模具内随炉冷却，获得合金铜杆。
步骤三：将获得的合金铜杆用30％的盐酸溶液酸洗5min去除氧化表层，然后采用酒精清洗。
步骤四：将清洗后的合金铜杆放入定向凝固炉内并抽真空至1×10-3Pa以下，之后冲入惰性气体氩气保护，然后开始加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，加热升温速度为20℃/min。熔炼温度为1250℃，保温时间为20min。
步骤五：到达保温时间后，牵引系统将第二金属熔体牵引至下方的液态金属冷却桶中，抽拉速度为5000μm/s，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差。液态金属冷却桶所使用的液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为1000L/h，进水温度保持在22±2℃，出水温度保持在33±2℃，使得合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长。待牵引出400mm长度试样后继续在液态合金冷却桶内冷却2.5h后取出，获得定向凝固合金铜杆。
步骤六：上述定向凝固合金铜杆先进行均匀化处理后迅速水冷，以达到固溶处理的效果，所述均匀化固溶温度为850℃，均匀化和固溶时间在8h，水淬的冷却水温度为30℃。
步骤七：将均匀化固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为70％。
步骤八：将变形后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为400℃，时效时间为8h。
完成后，即获得抗热应力松弛的高强高弹铜合金，测试其性能如表1所示。
实施例5
步骤一：按表1所示合金成分及含量称取所需的Cu、Ni、Sn、Ag、Er依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1300℃，待完全融化后冲入惰性气体氩气进行精炼，获得第一金属熔体，并保温10min。
步骤二：保温完成后将第一金属熔体降温至1290℃，然后将其倒入石墨模具内随炉冷却，获得合金铜杆。
步骤三：将获得的合金铜杆用30％的盐酸溶液酸洗5min去除氧化表层，然后经酒精清洗。
步骤四：将清洗后的合金铜杆放入定向凝固炉内并抽真空至1×10-3Pa以下，之后冲入惰性气体氩气保护，然后开始加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，加热升温速度为20℃/min。熔炼温度为1200℃，保温时间为10min。
步骤五：到达保温时间后，牵引系统将第二金属熔体牵引至下方的液态金属冷却桶中，抽拉速度为500μm/s，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差。液态金属冷却桶所使用的液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为500L/h，进水温度保持在22±2℃，出水温度保持在33±2℃，使得合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长。待牵引出400mm长度试样后继续在液态金属冷却桶内冷却2.5h取出，获得定向凝固合金铜杆。
步骤六：上述定向凝固合金铜杆先进行均匀化处理后迅速水冷，以达到固溶处理的效果，所述固溶温度为810℃，均匀化和固溶时间在2h，水淬的冷却水温度为35℃。
步骤七：将固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为80％。
步骤八：将变形后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为400℃，时效时间为8h。
完成后，即获得抗热应力松弛的高强高弹铜合金，测试其性能如表1所示。
实施例6
步骤一：按表1所示合金成分及含量称取所需的Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er依次加入真空熔炼炉，其中，La和Er通过加入Cu-10La合金和Cu-10Er合金的方式添加，抽真空至1×10- 1Pa，然后加热至1400℃，待完全融化后冲入惰性气体氩气进行精炼，获得第一金属熔体，并保温8min。
步骤二：保温完成后将第一金属熔体降温至1250℃，然后将第一金属熔体倒入石墨模具内，冷却方式为随炉冷却，获得合金铜杆。
步骤三：将获得的合金铜杆用30％的盐酸溶液酸洗5min去除氧化表层，后经酒精清洗。
步骤四：将清洗后的合金铜杆放入定向凝固炉内并抽真空至1×10-3Pa以下，之后冲入惰性气体氩气保护，然后开始加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，加热升温速度为35℃/min。熔炼温度为1240℃，保温时间为20min。
步骤五：到达保温时间后，牵引系统将第二金属熔体牵引至下方的液态金属冷却桶中，抽拉速度为3000μm/s，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差。液态金属冷却桶所使用的液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为800L/h，进水温度保持在22±2℃，出水温度保持在33±2℃，使得合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长。待牵引出400mm长度试样后继续在液态合金冷却桶内冷却2.5h取出，获得定向凝固合金铜杆。
步骤六：上述定向凝固合金铜杆先进行均匀化处理后迅速水冷，以达到固溶处理的效果，所述固溶温度为820℃，均匀化和固溶时间为4h，水淬的冷却水温度为28℃。
步骤七：将固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为75％。
步骤八：将变形后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为460℃，时效时间为1.5h。
完成后，即获得抗热应力松弛的高强高弹铜合金，测试其性能如表1所示。
表1合金成分及合金力学性能、弹性模量和应力松弛率测试结果
Figure BDA0003516330590000131
通过上述实施例、对比例及表1可以发现，采用复合添加和定向凝固方法制备的Cu-Ni-Sn系铜合金，合金的强度达1400～1600MPa，弹性模量达145-155GPa，在200℃条件下应力松弛测试1000h后的应力松弛率≤5％，性能优于C72900为代表的Cu-Ni-Sn系高强高弹铜合金。
从图1和图2可知，采用普通感应熔炼浇铸的方式制备的Cu-Ni-Sn系铜合金铸态组织枝晶粗大，成分偏析严重，采用定向凝固的方法制备的合金，可以显著减小铸态组织的枝晶间距，并使其成分分布更加均匀。从图3和图4可知，在定向凝固过程中提高抽拉速度，能够进一步减小枝晶间距，减少枝晶偏析，改善铸态组织的成分均匀性。经过实验得出定向凝固的抽拉速度在3000-5000μm/s，可以获得最小的枝晶间距和最佳的铸态组织。
所以本发明的方法可以显著减小枝晶间距，消除合金的微观和宏观偏析，并且定向凝固的抽拉速度越大枝晶间距越小，对合金组态组织的改善效果越明显。同时可以显著提高合金的抗拉强度、弹性模量和抗热应力松弛性能，特别适用于电子信息技术以及微电子工业高性能导电弹性器件等的应用。
以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种抗应力松弛的高强高弹铜合金，其特征在于：成分包括Cu、Ni、Sn、Ag、La和Er中一种以上，其中，Cu是合金基体，Ni、Sn是主合金元素，Ag、La和Er中一种或以上是合金化元素，其含量：
Ni含量：13～17wt％；
Sn含量：6.3～9.6wt％；
Ag含量：0.8～2wt％；
La含量：0.2～1.2wt％；
Er含量：0.08～0.6wt％。
2.根据权利要求1所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金，其特征在于：合金各元素含量为：
Ni含量：14.0～16.0wt％；
Sn含量：7.8～8.5wt％；
Ag含量：1.2～1.8wt％；
La含量：0.3～0.8wt％；
Er含量：0.1～0.4wt％。
3.一种制备如权利要求1或2所述抗应力松弛的高强高弹铜合金的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：按合金含量称取所需元素依次加入真空熔炼炉，抽真空至1×10-1Pa，然后加热至1300-1500℃，完全融化后充入惰性气体进行精炼，获得第一金属熔体，并保温5-10min；
步骤二：将保温完成后的第一金属熔体降温至1200-1300℃，然后将第一金属熔体倒入模具内随炉冷却，获得合金铜杆；
步骤三：将获得的合金铜杆酸洗去除氧化表层并清洗；
步骤四：将清洗后的合金铜杆放入定向凝固炉内，并抽真空至1×10-3Pa以下，之后充入惰性气体并加热熔炼，待合金熔化后即获得第二金属熔体，保温一段时间；
步骤五：保温完成后，将第二金属熔体通过牵引系统牵引至采用液态金属冷却液为冷却介质的液态金属冷却桶中，通入冷却水将液态金属冷却液吸收的热量迅速带走，从而建立在牵引方向上的温度梯度差，使得牵引第二金属熔体获得的合金沿着与热流相反的方向定向凝固生长，在液态金属冷却桶内冷却后获得定向凝固合金铜杆；
步骤六：将定向凝固合金铜杆进行均匀化处理后迅速水冷，冷却水温度为20-35℃，实现固溶处理；
步骤七：对均匀化固溶处理后的定向凝固合金铜杆进行冷拉拔处理，单道次变形量＜15％，总变形量为70％-80％；
步骤八：对冷拉拔后的定向凝固合金铜杆进行时效处理，时效温度为400-550℃，时效时间为1-8h。
4.根据权利要求3所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤五中所述液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金，冷却水量为500-1000L/h，进水温度20-25℃，出水温度30-40℃。
5.根据权利要求4所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤五所述定向凝固的抽拉速度为500-5000μm/s。
6.根据权利要求3-5任一所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤一所述的元素Cu、Ni、Sn、Ag为纯度99.9wt％以上的纯金属，La或Er中一种或以上以中间合金的方式加入，从而减少烧损率。
7.根据权利要求3-5任一所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤四中充入定向凝固炉的惰性气体先经过脱水处理，使其水分含量小于3.0g/L，向定向凝固炉内充入惰性气体，使定向凝固炉真空度保持在0.5-5Pa。
8.根据权利要求3所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：
步骤一充入真空熔炼炉的惰性气体为氩气；
步骤三酸洗采用盐酸溶液，清洗采用酒精；
步骤四中充入定向凝固炉的惰性气体为氩气；
步骤四中加热熔炼升温速度为20-50℃/min。
9.根据权利要求8所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤四熔炼温度为1200-1280℃，保温时间为10-25min。
10.根据权利要求3-5任一所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤六所述均匀化处理的温度为800-850℃，时间为2-8h。
11.根据权利要求8所述的一种抗应力松弛的高强高弹铜合金的制备方法，其特征在于：步骤三中，将合金铜杆放置于30％的盐酸溶液中酸洗5min去除氧化表层，步骤五中，定向凝固生长的合金在液态金属冷却桶内冷却2.5h后取出，获得定向凝固合金铜杆。
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