CN1624177A - 高致密、无偏析、耐磨铜合金及其制备方法 - Google Patents

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谢明
杨有才
张健康
黎玉盛
符世继
陈力
尹长青
刘莉
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Abstract

本发明公开了一种高致密、无偏析、耐磨铜合金及其制备方法，其具体成分(重量％)为：Sn5～15、Ni0.5～5.0、Zn0.5～5.0、RE(La、Ce、Sm、Y)0.1～1.0，余量为Cu。制备具体过程为：(1)选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)为原材料，按合金成分设计比例配制好，制备CuSnNiZnRE合金锭坯；将所得到的CuSnNiZnRE合金，再按照具体产品使用要求加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。该合金可代替有毒的CuBe系、CuPb系铜合金，可应用于计算机、电子、电力、电工、汽车、机械等行业。

Description

高致密、无偏析、耐磨铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高致密、无偏析、耐磨铜合金及其制备方法，属于金属材料领域。主要用作轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料，取代有毒的铍青铜、含铅铜等。
背景技术
高强、耐磨、无毒铜合金是现代工业领域零部件、元器件、接插元件、接触器等的关键材料，被广泛应用于电子、电力、汽车、电工、机械、军工等行业。传统材料主要有：CuBe系、CuSn系、CuAl系、CuPb系等，由于Be、Pb的毒性很大，对人体和自然环境具有很大的破坏和污染作用，在许多工业发达国家已经立法严格禁止生产含Be、含Pb产品。
国内外相关行业传统的制备方法有：熔铸法、粉末冶金法、离心铸造法等。但是这些方法生产工艺复杂、成本高、产品质量不稳定、产品性能有缺陷等。围绕代替铍青铜和改进铜锡高强、耐磨铜合金性能及降低制造成本的目标，国内外相关行业进行了大量的研究工作。如美国SCM、OMG公司，日本松下电器、古河电器公司等，德国SIEMENS公司，韩国LKENG公司等，以及国内的洛阳铜加工厂、上海铜加工厂、沈阳铜业有限公司、中南大学、天津大学、哈尔滨工业大学、昆明贵金属研究所等单位，都曾在这方面做过许多的研究工作。但是到目前为止，青铜合金存在的问题还未得到较好的解决。
昆明贵金属研究所快速凝固(冷却速率：104～105K/s)喷射成形技术可用于制备成份均匀、无偏析、晶粒细小、合金元素过饱和度高的近成形管材、板材或圆柱坯等，是在高强耐磨铜合金领域的创新应用，
发明内容
本发明能够解决传统工艺技术制备易偏析铜合金的技术难题，同时为高致密、无偏析铜合金的生产，打下了良好基础。本发明的目的是在铜锡合金的基础上，通过添加镍、锌、混合稀土等金属元素，在合金中起到合金元素强化的作用。再结合喷射沉积近成形技术，为制备高致密、无偏析铜锡合金提供了新途迳。
本发明的高致密、无偏析、耐磨铜合金为铜锡镍锌稀土(CuSnNiZnRE)合金，其具体成份(重量％)为：Sn5～15、Ni0.5～5.0、Zn0.5～5.0、RE(La、Ce、Sm、Y)0.1～1.0，余量为Cu。本发明的高致密、无偏析、耐磨铜铜合金材料的制备方法，其具体过程为：(1)选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)为原材料，按合金成份设计比例配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuSnNiZnRE合金锭坯；(2)将(1)步所得到的CuSnNiZnRE合金，再按照具体产品使用要求加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。
该合金成份均匀、无偏析、晶粒细小、合金元素过饱和度高。铜合金材料进一步深加工后，可用于制作轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料，可代替有毒的CuBe系、CuPb系铜合金。该合金可应用于计算机、电子、电力、电工、汽车、机械等行业。
本项发明的铜合金具有高致密、无偏析、耐磨、耐蚀等特点，喷射成形产品，综合性能指标优于国内传统工艺产品，价格低于进口同类产品，因而，在材料性能、制备技术和价格等方面均具有明显优势。与传统熔铸法和粉末冶金法相比，喷射成形技术制备的材料和产品的性能特点比较如表1所示。
表1.熔铸法、粉末冶金法和喷射成形技术制备材料的性能特点比较
合金性能特点                制备方法
    熔铸     粉末冶金     喷射成形
    化学成分     偏析     均匀     均匀
    显微组织     粗大     微细     微细
    机械性能     中等     良好     优异
    制做工艺     简单     复杂     简单
制做成本 低 高 接近熔铸法
喷射成形铜合金与传统工艺制备的铜合金实施列综合技术经济指标比较如表2所示。
           表2.不同工艺制备的铜合金技术性能比较
      材料名称 制备工艺                       物理、力学性能
   密度(g/cm3)    硬度(HB)   抗拉强度(Mpa)  屈服强度(Mpa)   延伸率(％)
  CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2 熔铸法     8.7     75     200     120     5
粉末冶金法     8.4     68     180     100     7
喷射成形法     8.8     87     250     160     9
  CuSn7Ni2Zn1RE1 熔铸法     8.5     80     270     180     4
粉末冶金法     8.2     70     240     160     6
喷射成形法     8.6     89     310     210     8
  CuSn10Ni3Zn2RE1.5 熔铸法     8.5     75     270     180     3
粉末冶金法     8.2     65     230     150     5
喷射成形法     8.6     86     300     200     7
具体实施方式
实施例1  选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)为原材料，按合金成份CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2设计比例配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2合金锭坯。将所得到的CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2合金，再按照具体产品使用要求加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。
实施例2：选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)为原材料，按合金成份CuSn7Ni2Zn1RE1设计比例配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuSn7Ni2Zn1RE1合金锭坯。将所得到的CuSn7Ni2Zn1RE1合金，再按照具体产品使用要求加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。
实施例3：选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)为原材料，按合金成份设计比例配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuSn10Ni3Zn2RE1.5合金锭坯。将所得到的CuSn10Ni3Zn2RE1.5合金，再按照具体产品使用要求加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。

Claims (4)

1、一种高致密、无偏析、耐磨铜合金，其特征在于这种合金含有重量比为为：5％～15％的Sn，0.5％～5.0％的Ni，0.5％～5.0％Zn，0.1％～1.0％的混合稀土，其余为Cu。
2、根据权利要求1所述的高致密、无偏析、耐磨铜合金，其特征在于所述的混合稀土为La、Ce、Sm、Y元素的混合物。
3、根据权利要求1所述的高致密、无偏析、耐磨铜合金的制备方法，其具体过程为：
(1)选择纯度为99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、RE金属为原材料，按照合金设计比例配制好，在真空喷射成形设备中进行快速凝固沉积，制备CuSnNiZnRE合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的合金锭坯，再进行进一步的机械加工为轴套、齿轮、轴瓦、导电板、引线、接触片、弹簧、弹片等材料。
4、根据权利要求1所述的高致密、无偏析、耐磨铜合金可应用于计算机、电子、电力、电工、汽车、机械等行业，可代替有毒的CuBe系、CuPb系铜合金。
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