CN115679146A - 一种铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜合金，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Mg：0.5～0.7wt％，Te：0.25～0.45wt％，P：0.003～0.010wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。通过在铜中添加Mg、Te、P，并控制各自的添加量，兼顾了铜合金的高强度、高导电和易切削，实现了铜合金的抗拉强度≥580MPa，导电率≥65％IACS，切削性相当于C36000的60％，满足了高电压、大电流且易切削的连接器的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜合金及其制备方法。
背景技术
新能源汽车为了实现快充，三电系统中的连接器应具备承载高电压、大电流的特点，相比于燃油汽车中的连接器，用于制备新能源汽车的连接器的材料其强度、导电率、切削性都有了更高的要求。如果导电率较低，能量传递过程中的损失将增大、效率降低；如果强度较低，大电流的输入容易引起连接器发热进而使材料发生软化，将增大连接器发生失效的风险；如果材料切削性较差，加工成的连接器产品光洁度较差，一是影响电镀效果，二是影响连接强度，可靠性低。
但目前市场上能成熟应用的兼顾高强度、高导电、易切削的铜合金较少，申请号201310053565.1和201910716767.7公开了一类Cu-Ni-Pb-P系的铜合金材料，该系列合金抗拉强度≥580MPa，导电率在55～62％IACS范围内。但随着新能源汽车输出功率逐渐增大，对高电压大电流连接器材料提出了更苛刻的要求，抗拉强度应≥580MPa，导电率≥65％IACS，切削性不低于C36000的60％。
铜合金材料的高强度与高导电率通常是成反比，在高强度、高导电的基础上再兼顾切削性，存在科研难点。但随着新能源汽车对高强度、高导电、易切削铜合金材料的需求，开发一款适用于高电压、大电流且易切削的连接器用铜合金材料已是当务之急。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种兼顾高强度、高导电、易切削的铜合金。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜合金，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Mg：0.5～0.7wt％，Te：0.25～0.45wt％，P：0.003～0.010wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。
Mg可部分固溶于铜基体中，虽然对铜的导电率有负面影响，但可以增大铜的晶格畸变，在经冷加工后可以显著提高铜的抗拉强度。当Mg含量小于0.5wt％时，对铜晶格的畸变影响较小，强化作用不显著；当Mg含量大于0.7wt％时，铜晶格畸变较大，对导电率的负面影响增大，导电率降低过多；因此，控制Mg在0.5～0.7wt％，既可以保证材料的强度，又可以保持较高的导电率。
Te元素几乎不固溶于铜基体中，所以对电子的散射能力较低，因此对铜的导电率影响很小；同时Te与Cu结合，在晶内和晶界处析出Cu2Te，在切削加工时可以起到良好的断屑作用，因此，添加适量Te可以提高铜的切削性能。当Te含量低于0.25wt％时，对材料的断屑提升不明显；当Te含量大于0.45wt％时，材料的脆性倾向增大，在加工率较大时容易发生开裂；因此，当Te含量为0.25～0.45wt％时，既可以保证材料的切削性能，又可以保证材料可以进行大加工率加工，确保材料的强度。
P是为了提高熔炼过程中铜水的排气效果，避免铸造气孔的产生，当P含量小于0.003wt％时，除气效果不佳，但P含量大于0.010wt％时，P对导电率的负面影响增大。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铜合金的制备方法。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1200～1350℃，冷却水压0.2～0.5MPa，牵引速度30～50cm/min，得到线坯；
3)均匀化退火，将线坯进行均匀化退火；
4)酸洗，将均匀化退火后的线坯进行酸洗；
5)连续挤压：将酸洗后的线坯进行连续挤压加工，挤压比为1～1.6，转速为1.5～3.5r/min；
6)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工量为50～70％；
7)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮量为0.10～0.20mm；
8)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，加工量为10～20％。
均匀化退火：连铸制备的Cu-Mg-Te-P合金线坯一是存在树枝状偏析，二是存在铸造应力，三是部分Te分布在晶界中，阻碍了基体的连续性，以上因素共同作用导致线坯的强度和塑性较差，一般上引铸造制备的线坯抗拉强度为100～130MPa，延伸率为3～ 5％，在进行连续挤压压轮位置容易发生开裂，难以实现连续作业。
酸洗：通过酸洗将均匀化退火制得的线坯表面氧化层去除，以免在连续挤压加工时进入线坯内部，造成起泡、分层等缺陷。
作为优选，所述均匀化退火温度650～750℃，时间2～5h。通过650～750℃、2～ 5h均匀化退火，一是可以消除树枝状偏析，二是可以消除铸造应力，将强度提升至150～180MPa，延伸率提升至15～20％，从而实现连续加工。
作为优选，所述酸洗的酸洗液为含有硝酸、硫酸的水溶液，其中，硝酸、硫酸、水的体积比为2～5：0.5～2：10，酸洗时间：5～10min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在铜中添加Mg、Te、P，并控制各自的添加量，兼顾了铜合金的高强度、高导电和易切削，实现了铜合金的抗拉强度≥580MPa，导电率≥65％IACS，切削性相当于C36000的60％以上，满足了高电压、大电流且易切削的连接器的使用要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供3个实施例和3个对比例。
实施例1
铜合金的质量百分比组成为：Mg：0.5wt％，Te：0.25wt％，P：0.003wt％，余量为Cu。
制备步骤如下：
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1250～1300℃，冷却水压0.3MPa，牵引速度40cm/min，得到直径25cm的线坯；
3)均匀化退火：将线坯进行650℃，5小时的均匀化退火；
4)酸洗：将均匀化退火后的线坯进行酸洗，酸洗的酸洗液为含有硝酸、硫酸的水溶液，其中，硝酸、硫酸、水的体积比为3：1：10，酸洗时间：5～10min；
5)连续挤压：将酸洗后的线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.56，转速为3.5r/min，挤压后规格20mm；
6)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径14mm；
7)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至13.8mm；
8)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为13mm。
实施例2
铜合金的质量百分比组成为：Mg：0.6wt％，Te：0.3wt％，P：0.006wt％，余量为 Cu。
制备步骤如下：
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1270～1310℃，冷却水压0.2MPa，牵引速度35cm/min，得到直径12cm的线坯；
3)均匀化退火：将线坯进行700℃，4小时的均匀化退火；
4)酸洗：将均匀化退火后的线坯进行酸洗，酸洗的酸洗液为含有硝酸、硫酸的水溶液，其中，硝酸、硫酸、水的体积比为3：1：10，酸洗时间：5～10min；
5)连续挤压：将酸洗后的线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.44，转速为3.5r/min，挤压后规格10mm；
6)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径5.5mm；
7)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至5.35mm；
8)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为4.8mm。
实施例3
铜合金的质量百分比组成为：Mg：0.7wt％，Te：0.45wt％，P：0.01wt％，余量为 Cu。
制备步骤如下：
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1250～1280℃，冷却水压0.3MPa，牵引速度50cm/min，得到直径30cm的线坯；
3)均匀化退火：将线坯进行750℃，2小时的均匀化退火；
4)酸洗：将均匀化退火后的线坯进行酸洗，酸洗的酸洗液为含有硝酸、硫酸的水溶液，其中，硝酸、硫酸、水的体积比为3：1：10，酸洗时间：5～10min；
5)连续挤压：将酸洗后的线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.44，转速为1.5r/min，挤压后规格25cm；
6)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径12mm；
7)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至11.8mm；
8)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为11mm。
对比例1
铜合金的质量百分比组成为：Ni：0.65wt％，Pb：0.6wt％，P：0.13wt％，余量为Cu。
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1250～1300℃，冷却水压0.3MPa，牵引速度40cm/min，得到直径25cm的线坯；
3)连续挤压：将线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.56，转速为3.5r/min，挤压后规格20mm；
4)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径14mm；
5)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至13.8mm；
6)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为13mm。
对比例2
铜合金的质量百分比组成为：Mg：0.6wt％，余量为Cu。
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1270～1310℃，冷却水压0.2MPa，牵引速度35cm/min，得到直径12cm的线坯；
3)连续挤压：将线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.44，转速为3.5r/min，挤压后规格10m；
4)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径5.5mm；
5)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至5.35mm；
6)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为4.8mm。
对比例3
铜合金的质量百分比组成为：Te：0.45wt％，余量为Cu。
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1250～1280℃，冷却水压0.3MPa，牵引速度50cm/min，得到直径30cm的线坯；
3)连续挤压：将线坯进行连续挤压加工，挤压比为1.44，转速为1.5r/min，挤压后规格25cm；
4)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工至直径12mm；
5)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮至11.8mm；
6)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，成品规格为11mm。
对实施例和对比例进行以下性能检测，具体检测结果见表1。
抗拉强度：按照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》的标准测试。
导电性能：按照GB/T351-2019《金属材料电阻系数测量方法》的标准测试。
切削性＝C36000切削沫子的平均长度/测试材料切削沫子的平均长度*100。
表1实施例和对比例材料的性能
| 编号 | 导电率/％IACS | 抗拉强度/MPa | 切削性 |
| 实施例1 | 73 | 585 | 66 |
| 实施例2 | 70 | 590 | 68 |
| 实施例3 | 65 | 587 | 70 |
| 对比例1 | 54 | 586 | 68 |
| 对比例2 | 73 | 588 | 20 |
| 对比例3 | 89 | 480 | 80 |
Claims (4)
1.一种铜合金，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Mg：0.5～0.7wt％，Te：0.25～0.45wt％，P：0.003～0.010wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
1)配料：按所需成分进行配料；
2)熔炼：熔炼温度1200～1350℃，冷却水压0.2～0.5MPa，牵引速度30～50cm/min，得到线坯；
3)均匀化退火：将线坯进行均匀化退火；
4)酸洗：将均匀化退火后的线坯进行酸洗；
5)连续挤压：将酸洗后的线坯进行连续挤压加工，挤压比为1～1.6，转速为1.5～3.5r/min；
6)冷加工：将连续挤压后的线坯进行拉拔或冷轧加工，加工量为50～70％；
7)扒皮：冷加工后的线坯进行扒皮，扒皮量为0.10～0.20mm；
8)成品拉拔：将扒皮后的线坯进行成品拉拔，加工量为10～20％。
3.根据权利要求2所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述均匀化退火温度650～750℃，时间2～5h。
4.根据权利要求2所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述酸洗的酸洗液为含有硝酸、硫酸的水溶液，其中，硝酸、硫酸、水的体积比为2～5：0.5～2：10，酸洗时间：5～10min。
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