CN115233032B - 一种铜合金线材及其制备方法和应用 - Google Patents
一种铜合金线材及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明通过控制镍和铍的质量百分含量，促使镍元素和铍元素形成NiBe强化相，以提高所述铜合金线材的强度和导电性能，硅与镍结合形成镍硅析出相，净化基体中镍元素，铬与硅相结合，以控制硅元素在基体中含量，控制银元素的质量百分含量，保持较高的导电率的前提，提高强度，添加Ta、In、Nb、V四种元素中的一种或两种作为合金元素，对所述铜合金线材的晶粒细化能起到显著作用，从而提高所述铜合金线材的弯曲疲劳性能，并且调控主要强化相即NiBe相的析出和形态特征，从而提高所述铜合金线材的强度、耐高温性和耐疲劳性能；通过控制各元素的用量，可以起到协同效果，从而进一步提高铜合金线材的强度、导电性和耐疲劳性能性能。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金材料领域，尤其涉及一种铜合金线材及其制备方法和应用。
背景技术
随着航空航天、5G通讯、新能源汽车等产业的快速发展，对信息终端产品的使用可靠性提出更加苛刻的要求。高性能铜合金导体材料作为电线电缆的核心材料，直接决定着信息终端装备的使用性能，不仅要求其具有高的强度、高的导电性，还要求材料具有优异的耐疲劳和柔顺性，满足高端装备小型化、高性能化方向发展。
目前市场应用较广的导体材料有紫铜、铝、铜银合金、铜锡合金等，其中，紫铜和铝导电率高、塑性好，但强度较低，抗热软化性能较差，且耐疲劳性能差，所以大都应用于对强度和温度要求较低的使用环境中。与纯金属导体相比，合金导体材料具备更高的强度、更优良的抗氧化性能以及更好的耐温性，但是，添加合金元素后不可避免地会造成导电性能下降的问题。因此，开发出一种同时具备超高强度、高导电率、优异耐疲劳性能的综合性能好的铜合金线材是现有技术亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜合金线材及其制备方法和应用，本发明提供的铜合金线材同时具备超高强度、高导电率和优异耐疲劳性能，综合性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铜合金线材，按质量百分比计，包括以下组分：镍 0.9～2.1％，铍0.10～0.5％，硅0.015～0.06％，铬0.05～0.4％，银0.03～0.2％，合金元素0.003～0.04％，其余为铜；
所述合金元素为Ta、In、Nb、V中的一种或两种。
优选地，按质量百分比计，包括以下组分：镍1.0～2.0％，铍0.15～0.4％，硅0.02～0.05％，铬0.1～0.3％，银0.05～0.1％，合金元素0.005～0.02％，其余为铜。
优选地，所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的粒径为10～30nm，所述NiBe相的析出密度为1×1023～5×1024个/m3。
本发明还提供了上述技术方案所述铜合金线材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述技术方案所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料、熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行挤压、第一表面氧化去除、第一拉拔和固溶处理，得到固溶处理后的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材依次进行第二表面氧化去除、第二拉拔和第一时效处理，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材依次进行第三表面氧化去除、第三拉拔和第二时效处理，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材依次进行第四表面氧化去除、第四拉拔和连续化退火，得到铜合金线材。
优选地，所述步骤(1)中铸造的方式为将所述熔炼的产物于1240～1310℃保温20～40min后进行半连续铸造。
优选地，所述步骤(2)中挤压的温度为910～980℃，所述挤压的时间为 5.5～9h，所述挤压的挤压比为18～42。
优选地，所述步骤(2)中固溶处理的温度为840～980℃，所述固溶处理的时间为1.5～7h。
优选地，所述步骤(3)中第一时效处理的温度为380～630℃，所述第一时效处理的时间为3.5～13h。
优选地，所述步骤(5)中连续化退火的温度为580～710℃。
本发明还提供了上述技术方案所述铜合金线材或上述技术所述制备方法制备的铜合金线材在电线、电缆和精密连接器中的应用。
本发明提供了一种铜合金线材，按质量百分比计，包括以下组分：镍 0.9～2.1％，铍0.10～0.5％，硅0.015～0.06％，铬0.05～0.4％，银0.03～0.2％，合金元素0.003～0.04％，其余为铜，所述合金元素为Ta、In、Nb、V中的一种或两种。本发明通过控制镍和铍的质量百分含量，促使镍元素和铍元素形成NiBe强化相，以协同提升所述铜合金线材的强度和导电性能，硅与镍结合，形成镍硅析出相，净化基体中镍元素，而铬可以与硅相结合，以控制硅元素在基体中含量，控制银元素的质量百分含量，保持较高的导电率的前提，提高铜合金线材的强度，添加Ta、In、Nb、V四种元素中的一种或两种作为合金元素，所述合金元素属于高熔点元素，对所述铜合金线材的晶粒细化能起到显著作用，从而提升所述铜合金线材的弯曲疲劳性能，并且调控主要强化相即NiBe相的析出和形态特征，从而提高所述铜合金线材的强度、耐高温性和耐疲劳性能；通过控制各元素的用量，可以起到协同效果，从而进一步提高铜合金线材的强度、导电性和耐疲劳性能性能。实施例的结果显示，本发明提供的铜合金线材抗拉强度可达850MPa，伸长率为15％，导电率可达75％IACS，软化温度可达550℃，反复弯曲次数为7×108次，同时具备超高强度、高导电率和优异耐疲劳性能，且耐高温性好，综合性能优异。
具体实施方式
本发明提供了一种铜合金线材，按质量百分比计，包括以下组分：镍 0.9～2.1％，铍0.10～0.5％，硅0.015～0.06％，铬0.05～0.4％，银0.03～0.2％，合金元素0.003～0.04％，其余为铜；
所述合金元素为Ta、In、Nb、V的一种或两种。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括镍0.9～2.1％，优选为 1.0～2.0％。在本发明中，将镍元素用量控制在上述范围，有利于镍和铍元素形成NiBe强化相，以协同提升所述铜合金线材的强度和导电性能，避免Ni 含量过高，则Be元素含量过低，导致所述铜合金线材中NiBe强化相数量不够，同时Ni在基体中有残留，且Ni与Cu是无限固溶的，而降低所述铜合金线材的强度和导电性；同时避免Ni含量过低时，则Be元素含量过高，Be元素半径较小，容易引起电子的散射，而降低所述铜合金线材的导电率。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括铍0.10～0.5％，优选为 0.15～0.4％。在本发明中，将铍元素用量控制在上述范围，有利于镍和铍元素形成NiBe强化相，以协同提升所述铜合金线材的强度和导电性能。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括硅0.015～0.06％，优选为0.02～0.05％。在本发明中，将硅元素用量控制在上述范围，有利于导电性能和强度的提升。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括铬0.05～0.4％，优选为 0.1～0.3％。在本发明中，将铬元素用量控制在上述范围，有利于合金的强度和耐疲劳性能。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括银0.03～0.2％，优选为 0.05～0.1％。在本发明中，将银元素用量控制在上述范围，在保持合金导电率不变的情况，有利于提升合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括合金元素0.003～0.04％，优选为0.005～0.02％。在本发明中，合金元素属于高熔点元素，将合金元素的用量控制在上述范围，对所述铜合金线材的晶粒细化能起到显著作用，从而提升所述铜合金线材的弯曲疲劳性能，并且调控强化相即NiBe相的析出和形态特征，从而提高所述铜合金线材的强度、耐高温性和耐疲劳性能。
在本发明中，所述合金元素为Ta、In、Nb、V四种元素中的一种或两种；所述Ta、In、Nb和V的质量百分含量独立地优选为0.003～0.02％，更优选为0.005～0.01％。
按质量百分比计，本发明提供的铜合金线材包括余量的铜。在本发明中，所述铜元素作为铜合金线材的基质元素。
在本发明中，所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地优选存在粒径为10～30nm的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为1×1023～5×1024个/m3。在本发明中，将NiBe相的粒径和析出密度控制在上述范围，有利于提升所述铜合金线材的强度和导电性能。
在本发明中，所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地优选存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为1×1012～2×1013个/m3。在本发明中，将Cr相的粒径和析出密度控制在上述范围，有利于合金的强度和耐疲劳性能。
在本发明中，所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地优选存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为1×105～5×106个/m3。在本发明中，将Cr3Si相的粒径和析出密度控制在上述范围，有利于提升合金的导电性能和强度。
本发明提供的铜合金线材同时具备超高强度、高导电率和优异耐疲劳性能，综合性能优异。
本发明还提供了上述技术方案所述铜合金线材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述技术方案所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料、熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行挤压、第一表面氧化去除、第一拉拔和固溶处理，得到固溶处理后的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材依次进行第二表面氧化去除、第二拉拔和第一时效处理，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材依次进行第三表面氧化去除、第三拉拔和第二时效处理，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材依次进行第四表面氧化去除、第四拉拔和连续化退火，得到铜合金线材。
在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
本发明按照上述技术方案所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料、熔炼和铸造，得到合金铸锭。
本发明对所述配料的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。
在本发明中，所述熔炼的设备优选为真空工频感应炉。在本发明中，所述熔炼的投料顺序优选为：先依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银和铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金、纯铟、铜铌和铜钒合金中的一种或两种。在本发明中，所述熔炼的温度优选为1340～1410℃，更优选为1350～1400℃。
在本发明中，所述铸造的方式优选为将熔炼的产物于1240～1310℃保温 20～40min后进行半连续铸造，更优选为将熔炼的产物于1250～1300℃保温 25～35min后进行半连续铸造。本发明通过控制铸造的方式，以提高对熔炼得到的熔体的净化和缺陷控制的效果，有利于减少夹杂、气孔等缺陷以及调控晶粒尺寸大小。
铸造完成后，本发明优选将铸造的产物依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭。
本发明对冷却的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。本发明对脱模的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。
得到合金铸锭后，本发明将所述合金铸锭依次进行挤压、第一表面氧化去除、第一拉拔和固溶处理，得到固溶处理后的线材。
本发明对挤压的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。
在本发明中，所述挤压的温度优选为910～980℃，更优选为920～970℃。在本发明中，所述挤压的时间优选为5.5～9h，更优选为6～8h。本发明将挤压的温度和时间控制在上述范围，有利于控制所述合金铸锭中晶粒尺寸和一次初生相尺寸及其均匀性，避免挤压的温度过高或过低而导致合金铸锭容易过烧或者挤压不出来，以及挤压出来的材料组织粗大、尺寸不均匀等，导致后续制备的铜合金线材的性能不均匀。
在本发明中，所述挤压的挤压比优选为18～42，更优选为20～49。本发明将挤压的挤压比控制在上述范围，可以有效的控制所述合金铸锭中晶粒尺寸和一次初生相的均匀分布，显著提高后续制备的铜合金线材的晶粒尺寸控制和耐疲劳性能。
挤压完成后，本发明优选将挤压的产物进行冷却。
在本发明中，所述冷却的方式优选为水冷至室温。
冷却完成后，本发明将冷却的产物依次进行第一表面氧化去除、第一拉拔和固溶处理，得到固溶处理的线材。
本发明对所述第一表面氧化去除的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。在本发明中，第一表面氧化去除可以去除氧化缺陷，避免后续第一拉拔变形过程中出现频繁断线。
在本发明中，所述第一拉拔的加工率优选为35～75％，更优选为40～70％。在本发明中，第一拉拔可以促进线材的减径和晶粒破粹，将第一拉拔的加工率控制在上述范围内，有利于配合后续铜合金线材尺寸的控制，同时与多次时效处理和连续化退火协同控制线材的最终性能，避免加工率过高，容易造成加工硬化，材料变形难以进行，同时避免加工率过低，变形量不足，晶粒尺寸破粹不明显，晶粒细化效果不佳，而降低铜合金线材的性能。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为840～980℃，更优选为 850～950℃。在本发明中，所述固溶处理的时间优选为1.5～7h，更优选为2～6h。在本发明中，将固溶处理的温度和时间控制在上述范围，以控制晶粒尺寸，有利于合金元素的回溶，从而提高制备的铜合金线材的强度和耐疲劳性能，避免造成晶粒的粗大和合金元素没有完全回溶而导致不利于强度的提升和疲劳性能的改善。
固溶处理完成后，本发明优选将所述固溶处理的产物进行冷却，得到固溶处理后的线材。
在本发明中，所述冷却的方式优选为水冷至室温。
得到固溶处理后的线材后，本发明将所述固溶处理后的线材依次进行第二表面氧化去除、第二拉拔和第一时效处理，得到第一时效处理的线材。
本发明对所述第二表面氧化去除的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。在本发明中，第二表面氧化去除可以去除氧化层，避免后续第二拉拔变形过程中出现频繁断线，提升材料的表面质量，有利于后续加工和性能提升。
在本发明中，所述第二拉拔的加工率优选为45～85％，更优选为50～80％。在本发明中，第二拉拔可以促进线材的减径和晶粒破粹，将第二拉拔的加工率控制在上述范围内，有利于配合后续铜合金线材尺寸的控制，同时与多次时效处理和连续化退火协同控制线材的最终性能，避免加工率过高，容易造成加工硬化，材料变形难以进行，同时避免加工率过低，变形量不足，晶粒尺寸破粹不明显，晶粒细化效果不佳，而降低铜合金线材的性能。
在本发明中，所述第一时效处理的温度优选为380～630℃，更优选为 400～600℃。在本发明中，所述第一时效处理的时间优选为3.5～13h，更优选为4～12h。在本发明中，第一时效处理能够析出纳米级析出相(例如NiBe、 Cr3Si等相)，以提升铜合金线材的强度和导电率，将第一时效处理的温度和时间控制在上述范围内，有利于提高铜合金线材的强度和导电率，避免第一时效处理的温度过高或过低以及时间过短或过长，会粗化析出相或析出相析出不充分，而降低强化效果，不利于铜合金线材的综合性能提升。
第一时效处理完成后，本发明优选将所述第一时效处理的产物进行冷却，得到第一时效处理的线材。
在本发明中，所述冷却的方式优选为水冷至室温。
得到第一时效处理的线材后，本发明将所述第一时效处理的线材依次进行第三表面氧化去除、第三拉拔和第二时效处理，得到第二时效处理的线材。
本发明对所述第三表面氧化去除的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。在本发明中，第三表面氧化去除可以去除氧化层，避免后续第三拉拔变形过程中出现频繁断线，提升材料的表面质量，有利于后续加工和性能提升。
在本发明中，所述第三拉拔的加工率优选为25～65％，更优选为30～60％。在本发明中，第三拉拔可以促进线材的减径和晶粒破粹，将第三拉拔的加工率控制在上述范围内，有利于配合后续铜合金线材尺寸的控制，同时与多次时效处理和连续化退火协同控制线材的最终性能，避免加工率过高，容易造成加工硬化，材料变形难以进行，同时避免加工率过低，变形量不足，晶粒尺寸破粹不明显，晶粒细化效果不佳，而降低铜合金线材的性能。
在本发明中，所述第二时效处理的温度优选为380～630℃，更优选为 400～600℃。在本发明中，所述第二时效处理的时间优选为0.5～11h，更优选为1～10h。在本发明中，第二时效处理协同第一时效处理，进一步控制析出相的形态特征和析出数量，提升铜合金线材的强度和导电率，同时协同提升铜合金线材的耐疲劳性能。
第二时效处理完成，本发明优选将第二时效处理的产物进行冷却，得到第二时效处理的线材。
在本发明中，所述冷却的方式优选为水冷至室温。
得到第二时效处理的线材后，本发明将所述第二时效处理的线材依次进行第四表面氧化去除、第四拉拔和连续化退火，得到铜合金线材。
本发明对所述第四表面氧化去除的方式没有特殊的限制，采用本领域公知的技术方案即可。在本发明中，第四表面氧化去除可以去除氧化层，避免后续第四拉拔变形过程中出现频繁断线，提升材料的表面质量，有利于后续加工和性能提升。
在本发明中，所述第四拉拔的加工率优选为45～99.8％，更优选为50～99％。在本发明中，第四拉拔可以促进线材的减径和晶粒破粹，将第四拉拔的加工率控制在上述范围内，有利于配合后续铜合金线材尺寸的控制，同时与多次时效处理和连续化退火协同控制线材的最终性能，避免加工率过高，容易造成加工硬化，材料变形难以进行，同时避免加工率过低，变形量不足，晶粒尺寸破粹不明显，晶粒细化效果不佳，而降低铜合金线材的性能。
在本发明中，所述连续化退火的温度优选为580～710℃，更优选为 600～700℃。在本发明中，采用在线连续化退火可以避免退火过程中丝材的粘连，出现丝材过烧现象发生，将连续化退火的温度和时间控制在上述范围，可以有效的控制再结晶行为和析出行为两种行为交互作用的控制，在不降低铜合金线材的力学性能的前提下使其具有优异的塑性，从而获得超高强高导电优异塑性的铜合金线材。
连续化退火完成后，本发明优选将连续化退火的产物进行收线，得到铜合金线材。
在本发明中，所述收线的速率优选为45～110r/min，更优选为50～100r/min。本发明将收线的速率控制在上述范围内，有利于铜合金线材的排线和铜合金线材的性能控制。
本发明提供的方法，利用固溶处理、多级形变热处理工艺以及连续化退火处理技术，使得制备的铜合金线材拥有多元强化相和微纳米尺寸晶粒微观组织形态特征，实现了高强度与高导电和耐疲劳性能的协同提高，获得具有超高强度、高导电、耐疲劳且具有优异塑性的铜合金线材，相对于目前国内市场上铜合金导体材料在合金强度、导电、耐疲劳等性能具有明显优势，能满足航空航天、5G通讯等高端应用领域对合金导体的苛刻要求。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍1.0％，铍0.15％，硅0.02％，铬0.1％，银0.1％，合金元素0.01％，其余为铜；
所述合金元素为Ta和V；所述Ta的质量百分比含量为0.005％，所述V 的质量百分比含量为0.005％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 1×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为1×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为12×105个/m3。
制备例1
实施例1所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例1所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至 1400℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于在1300℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为920℃、挤压比为20，挤压8h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为40％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于950℃进行固溶处理6h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为80％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于400℃进行第一时效处理12h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为30％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于600℃进行第二时效处理1h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为99％进行第四拉拔，之后在600℃进行连续化退火，按 100r/min的速率进行收线，得到铜合金线材。
实施例2
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍2.0％，铍0.4％，硅0.05％，铬0.3％，银0.05％，合金元素0.015％，其余为铜；
所述合金元素为Ta和In；所述Ta的质量百分比含量为0.01％，所述In 的质量百分比含量为0.005％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 12×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为5×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为35×105个/m3。
制备例2
实施例2所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例2所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至 1350℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1250℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为970℃、挤压比为40下进行挤压6h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为70％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于850℃进行固溶处理2h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于600℃进行第一时效处理4h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为60％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于400℃进行第二时效处理10h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第四拉拔，之后在700℃进行连续化退火，按 50r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例3
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍1.5％，铍0.25％，硅0.03％，铬0.2％，银0.07％，合金元素0.02％，其余为铜；
所述合金元素为In和Nb；所述In的质量百分比含量为0.01％，所述 Nb的质量百分比含量为0.01％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 23×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为7×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为1×105个/m3。
制备例3
实施例3所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例3所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至1370℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1270℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为950℃、挤压比为30下进行挤压8h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于900℃进行固溶处理4h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为60％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于500℃进行第一时效处理8h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于500℃进行第二时效处理6h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为70％进行第四拉拔，之后在650℃进行连续化退火，按 70r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例4
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍1.2％，铍0.2％，硅0.04％，铬0.25％，银0.09％，合金元素0.015％，其余为铜；
所述合金元素为Nb和V；所述Nb的质量百分比含量为0.005％，所述 V的质量百分比含量为0.01％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 35×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为12×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为24×105个/m3。
制备例4
实施例4所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例4所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至 1350℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1270℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为950℃、挤压比为25下进行挤压8h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为60％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于925℃进行固溶处理4h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为70％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于550℃进行第一时效处理10h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为40％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于500℃进行第二时效处理8h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为80％进行第四拉拔，之后在620℃进行连续化退火，按 80r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例5
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍1.40％，铍0.3％，硅0.05％，铬0.15％，银0.06％，合金元素0.01％，其余为铜；
所述合金元素为Nb和V；所述Nb的质量百分比含量为0.005％，所述 V的质量百分比含量为0.005％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 45×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为16×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为37×105个/m3。
制备例5
实施例5所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例5所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至 1350℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1250℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为950℃、挤压比为32下进行挤压6h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于900℃进行固溶处理4h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为80％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于400℃进行第一时效处理6h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为40％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于550℃进行第二时效处理8h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为90％进行第四拉拔，之后在650℃进行连续化退火，按 80r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例6
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍2.0％，铍0.35％，硅0.035％，铬0.2％，银0.08％，合金元素0.005％，其余为铜；
所述合金元素为Ta；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 5×1024个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为2×1013个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为41×105个/m3。
制备例6
实施例6所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例6所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至1400℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1250℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为950℃、挤压比为30下进行挤压6h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于900℃进行固溶处理4h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为70％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于500℃进行第一时效处理8h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为60％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于550℃进行第二时效处理10h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为95％进行第四拉拔，之后在650℃进行连续化退火，按60r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例7
铜合金线材，按质量百分比计，由以下组分组成：镍1.8％，铍0.3％，硅0.03％，铬0.1％，银0.05％，合金元素0.01％，其余为铜；
所述合金元素为In和Nb；所述In的质量百分比含量为0.005％，所述 Nb的质量百分比含量为0.005％；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存在粒径为10～30nm 的体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的析出密度优选为 43×1023个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为5～10nm的体心立方结构球形Cr相；所述Cr相的析出密度为15×1012个/m3；
所述铜合金线材的横向和纵向截面上独立地存在粒径为0.5～5μm的面心立方结构的Cr3Si相；所述Cr3Si的析出密度为5×106个/m3。
制备例7
实施例7所述铜合金线材的制备方法：
(1)按照实施例7所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料，在真空工频感应炉中依次加入电解铜、电解镍、铜铍中间合金、铜铬中间合金、纯银、铜硅中间合金，然后加入铜钽中间合金和铜钒合金，将温度升至 1350℃进行熔炼，待完全熔化后，均匀搅拌，将熔炼的产物于1250℃保温 30min后进行半连续铸造，然后依次进行冷却和脱模，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放置箱式炉中进行加热，控制温度为950℃、挤压比为25下进行挤压6h，然后水冷，再进行第一表面氧化去除，随后按加工率为70％进行第一拉拔，之后放置在箱式退火炉中于920℃进行固溶处理4h，经水冷，得到固溶处理的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材进行第二表面氧化去除，随后按加工率为80％进行第二拉拔，之后放置在箱式退火炉中于550℃进行第一时效处理12h，经水冷，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材进行第三表面氧化去除，随后按加工率为50％进行第三拉拔，之后放置在箱式退火炉中于550℃进行第二时效处理6h，经水冷，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材进行第四表面氧化去除，随后按加工率为85％进行第四拉拔，之后在650℃进行连续化退火，按 50r/min的速率进行收线后，得到铜合金线材。
实施例1～7的铜合金线材和对比例的合金线材质量百分含量组成如表1 所示。
采用透射电子显微镜对实施例1～7的铜合金线材的微观组织特征进行检测，得到实施例1～7的铜合金线材的微观组织特征统计表，如表2所示。
表1实施例1～7的铜合金线材和对比例的合金线材质量百分含量组成
| 实施例 | Ni | Be | Ag | Cr | Si | Ta | In | Nb | V | Cu |
| 实施例1 | 1.0 | 0.15 | 0.1 | 0.1 | 0.02 | 0.005 | / | / | 0.005 | 余量 |
| 实施例2 | 2.0 | 0.4 | 0.05 | 0.3 | 0.05 | 0.01 | 0.005 | / | / | 余量 |
| 实施例3 | 1.5 | 0.25 | 0.07 | 0.2 | 0.03 | / | 0.01 | 0.01 | / | 余量 |
| 实施例4 | 1.2 | 0.2 | 0.09 | 0.25 | 0.04 | / | / | 0.005 | 0.01 | 余量 |
| 实施例5 | 1.4 | 0.3 | 0.06 | 0.15 | 0.05 | / | / | 0.005 | 0.005 | 余量 |
| 实施例6 | 2.0 | 0.35 | 0.08 | 0.20 | 0.035 | 0.005 | / | / | / | 余量 |
| 实施例7 | 1.8 | 0.3 | 0.05 | 0.1 | 0.03 | / | 0.005 | 0.005 | / | 余量 |
| 对比例 | 1.4-2.2 | 0.2-0.6 | / | / | / | / | / | / | / | 余量 |
表1中，/代表没有。
表2实施例1～7的铜合金线材的微观组织特征
表2中，/代表没有。
表3实施例1～7的铜合金线材和对比例的合金线材的性能
由实施例可知，本发明提供的铜合金线材抗拉强度可达850MPa，伸长率为15％，导电率可达75％IACS，软化温度可达550℃，反复弯曲次数为 7×108次，同时具备超高强度、高导电率和优异耐疲劳性能，且耐高温性好，综合性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铜合金线材，按质量百分比计，包括以下组分：镍1.2～2.1％，铍0.10～0.35％，硅0.015～0.06％，铬0.05～0.4％，银0.03～0.2％，合金元素0.003～0.04％，其余为铜；
所述合金元素为Ta、In、Nb、V中的一种或两种；
所述铜合金线材的横向截面和纵向截面上独立地存体心立方结构的圆盘状γ′相即NiBe相，所述NiBe相的粒径为10～30nm，所述NiBe相的析出密度为1×1023～5×1024个/m3。
2.权利要求1所述铜合金线材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1所述铜合金线材的组分和质量百分比依次进行配料、熔炼和铸造，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行挤压、第一表面氧化去除、第一拉拔和固溶处理，得到固溶处理后的线材；
(3)将所述步骤(2)得到的固溶处理后的线材依次进行第二表面氧化去除、第二拉拔和第一时效处理，得到第一时效处理的线材；
(4)将所述步骤(3)得到的第一时效处理的线材依次进行第三表面氧化去除、第三拉拔和第二时效处理，得到第二时效处理的线材；
(5)将所述步骤(4)得到的第二时效处理的线材依次进行第四表面氧化去除、第四拉拔和连续化退火，得到铜合金线材。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中铸造的方式为将熔炼的产物于1240～1310℃保温20～40min后进行半连续铸造。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中挤压的温度为910～980℃，所述挤压的时间为5.5～9h，所述挤压的挤压比为18～42。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固溶处理的温度为840～980℃，所述固溶处理的时间为1.5～7h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中第一时效处理的温度为380～630℃，所述第一时效处理的时间为3.5～13h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中连续化退火的温度为580～710℃。
8.权利要求1所述铜合金线材或权利要求2～7任一项所述制备方法制备的铜合金线材在电线、电缆和精密连接器中的应用。
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