CN1266294C - 抗电弧的铜碲铬多元合金材料 - Google Patents

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Abstract

一种抗电弧的铜碲铬多元合金材料，含有铜、碲、铬和调整性能的添加元素，铜、碲、铬和添加元素的重量百分比为：碲0.2～1.0%、铬0.1～1.0%、添加元素0.001～0.2%、铜余量。添加元素至少为锂、磷、稀土中的一种。此种合金材料的导电率为80～98%IACS，软态抗拉强度为300～400Mpa，硬态抗拉强度为520～620Mpa，起晕电压为18～21KV(间隙为21.5mm)，击穿电压为22～25KV(间隙为21.5mm)。磷的单独加入或与其它元素复合加入，可改善合金材料切削性能，使其易于切削。

Description

抗电弧的铜碲铬多元合金材料
                              技术领域
本发明属于兼具导电、抗电弧、高强度、易切削综合性能的合金材料，特别涉及一种铜基多元合金材料。
                              背景技术
工业纯铜具有良好的导电、导热性能，并且塑性较好，因而常用于导电、导热等器材。但是，随着工业技术的飞速发展，工业纯铜强度低、软化温度低等缺点使其应用受到限制，这就要求开发新的高强、高导铜基合金，目前所开发的这类铜基合金主要有铜锆、铜铬、铜镉、铜银、铜镁合金，但由于价格高、对环境影响大、导电性达不到要求等诸多原因，这些合金并没有在大范围内使用和推广。
铜碲合金是近年来出现的一种新型铜基合金，碲的加入，赋予了铜基合金抗电弧、抗电蚀等特殊性能，但碲的加入量及添加不同的其它元素对铜碲合金的抗电弧性、抗拉强度和塑性有不同的影响。申请号为02113262.3的中国专利申请公开了一种高强、高导、高灭弧的碲铜合金材料，此种合金材料的成分为：碲0.2～1.5％、稀有元素0.2～0.4％、铜98.6～99.3％，虽然导电率可达108％IACS，硬态抗拉强度可达520Mpa，起晕电压可达18KV(间隙为21.5mm)，击穿电压可达25KV(间隙为21.5mm)，但其抗拉强度仍然不能完全满足工程应用领域的需要。申请号为02133772.1的中国专利申请公开了一种接触网导线用铜合金材料，此种铜合金材料中不仅含有碲，还含有锂和镁，镁的加入，使铜碲合金的强度有所提高，但导电率偏低，最高仅为76％IACS。
                            发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种新型的抗电弧铜基合金材料，此种合金材料不仅具有优良的导电性和抗电弧特性，而且强度进一步提高，此外，还可以根据加工的需要调整其切削性能。
本发明的技术方案：引入第三组元——强化元素铬及其他组元，利用铬的时效强化实现高强高导，利用其他组元去除熔炼过程中产生的气体减少铸造缺陷和改善切削性能。
本发明提供的铜碲铬多元合金材料含有铜、碲、铬和调整性能的添加元素，铜、碲、铬和添加元素的重量百分比如下：
   碲                  0.2～1.0％
   铬                  0.1～1.0％
   添加元素            0.001～0.2％
   铜                  余量
上述添加元素至少为锂、稀土、磷中的一种。
制备铜碲铬多元合金材料的工艺为常规工艺，其工艺步骤包括配料、合金熔炼、浇注、冷热加工成型材，原材料根据需要既可采用高纯铜、高纯碲、高纯铬，也可采用工业纯铜、工业纯碲、工业纯铬。
本发明具有以下有益效果：
1、导电率高、强度高、抗电弧性能优良
●导电率为80～98％IACS，比申请号为02133772.1的中国专利申请公开的铜碲镁合金高10～15％，最高值比铜银合金(Cu-0.3Ag)高3％；
●抗拉强度，软态为300～400Mpa，硬态为520～620Mpa，软态抗拉强度和硬态抗拉强度均比申请号为02113262.3的中国专利申请公开的碲铜合金材料大幅度提高，当硬态抗拉强度为600Mpa时，导电率仍可达80～90％IACS
●抗电弧性能，起晕电压为18～21KV(间隙为21.5mm)，击穿电压为22～25KV(间隙为21.5mm)，均优于铜银合金(Cu-0.3Ag)。
2、便于调整切削性能
碲、磷均能改善合金材料的切削性能，因此可通过碲、磷的加入量，尤其是磷的加入量调整切削性能。
3、氧、硫含量极低，比国家标准低一个数量级。
4、在500℃以上具有良好的抗氧化性，并能改善铜在NaCl饱和溶液中的抗腐蚀性能，两者均优于工业纯铜。
5、导电性、强度、抗电弧性及切削性能，可根据实际工程需要调整成分配比及成型工艺，且易于调整。
6、随配方改变，其晶粒尺寸可以调节，并可改善铸件的凝固组织，改善其散热性。
7、原材料易得，采用常规熔炼设备及常规加工工艺，制备工艺简单，易于操作。
8、原料成本根据性能要求和成分配比而变动，最佳值比铜银合金(Cu-0.3Ag)低10～20％，因而具有较高的性价比，经济效益显著。
本发明所述合金材料可取代现有的铜银合金，例如用作触头合金以提高其高电压下的断、开性能；用作电气化铁路接触网导线及其配件以改善高速摩擦下材料的抗扭转性，最终降低能耗、提高可靠性；用作易切削铜合金以改善材料的加工性能，从而制备成具有特殊用途的小型铜合金元件等。
                        具体实施方式
实施例1：
1、配料
工业纯碲   35克
工业纯铬   20克
工业纯锂   2克
工业纯铜   余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、锂继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.318％，铬  0.182％，锂  0.002％，铜    余量
导电率：94％IACS
起晕电压：19KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：22.5KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：320Mpa            硬态抗拉强度：540Mpa
软态塑性：12％                  硬态塑性：2.5％
实施例2：
1、配料
工业纯碲    50克
工业纯铬    40克
工业纯稀土  5克
工业纯铜    余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、锂继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.448％，铬  0.361％，稀土  0.028％，铜    余量
导电率：89％IACS
起晕电压：20.5KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：23.5KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：368Mpa            硬态抗拉强度：596Mpa
软态塑性：10.52％               硬态塑性：2.3％
实施例3：
1、配料
工业纯碲  55克
工业纯铬  60克
工业纯锂  2克
工业纯磷  5克
工业纯铜  余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、锂、磷继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.491％，铬  0.513％，锂  0.002％，磷  0.037％，铜   余量
导电率：86％IACS
起晕电压：21.0KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：24.0KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：360Mpa                 硬态抗拉强度：593Mpa
软态塑性：8.5％                      硬态塑性：2.0％
实施例4：
1、配料
工业纯碲  60克
工业纯铬  80克
工业纯锂  2克
工业纯铜  余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、锂继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.508％，铬  0.729％，锂  0.002％，铜    余量
导电率：83％IACS
起晕电压：21.0KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：24.0KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：383Mpa            硬态抗拉强度：612Mpa
软态塑性：7.0％                 硬态塑性：1.5％
实施例5：
1、配料
工业纯碲  40克
工业纯铬  20克
工业纯磷  5克
工业稀土  2克
工业纯铜  余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、磷、稀土继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.356％，铬  0.179％，磷  0.023％，稀土  0.014％，铜  余量
导电率：88％IACS
起晕电压：20.0KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：23.0KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：328Mpa          硬态抗拉强度：548Mpa
软态塑性：8.0％               硬态塑性：2.1％
实施例6：
1、配料
工业纯碲  20克
工业纯铬  30克
工业纯磷  10克
工业纯铜  余量
总重：10000克
2、熔炼浇铸
首先在真空感应炉中装入工业纯铜，加热至1150℃，使纯铜熔清，先后分别加入铬、碲、磷继续熔炼，温度控制在1250℃，使合金元素在铜液中分布均匀，保温10～15分钟，熔炼完毕即浇铸成铸锭。
3、将铸锭拔皮、热轧成直径为8毫米的合金棒材
本实施例制备的铜碲铬多元合金的成分及性能如下(重量百分比)：
碲  0.182％，铬  0.246％，磷  0.048％，铜    余量
导电率：88％IACS
起晕电压：18.5KV(间隙为21.5mm)
击穿电压：22.0KV(间隙为21.5mm)
软态抗拉强度：358Mpa             硬态抗拉强度：558Mpa
软态塑性：7.8％                  硬态塑性：1.9％

Claims (1)

1、一种抗电弧的铜碲铬多元合金材料，其特征在于该合金材料含有铜、碲、铬和调整性能的添加元素，铜、碲、铬和添加元素的重量百分比如下：
碲              0.2～1.0％
铬              0.1～1.0％
添加元素        0.001～0.2％
铜              余量
上述添加元素至少为锂、磷、稀土中的一种。
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