CN1775986A - 环境友好型铜铬锆电工合金 - Google Patents

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谢明
杨有才
黎玉盛
张健康
符世继
陈力
尹长青
刘莉
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Abstract

本发明公开了新型高强耐磨耐蚀铝合金材料及其制备方法。其合金的成份(重量％)为：Cr0.1－5.0、Zr0.5－5.0、Mg0.01－2.0、Sm0.01－2.0、Y0.01－2.0，余量为Cu。其制备方法为：选择纯度为99.95％以上的Cu、Cr、Zr、Mg、Sm、Y金属为原材料，按照合金化学成分比例配制好，在真空喷射成形设备中进行快速凝固沉积，制备合金锭坯；将所得到的合金锭坯，再进行挤压、拉拔、轧制等进一步的机械加工。材料形状有：片材、丝材和棒材等，可用于制备电极板、引线、弹簧、接插件等，应用于计算机、电子、汽车、机械等行业。它还可代替有毒的CuBe系、CuPb系、CuCd系等铜合金。

Description

环境友好型铜铬锆电工合金
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及铜铬合金材料及其制备方法。
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、弹簧等的关键材料，被广泛应用于电子、电力、汽车、电工、机械、军工等行业。传统常用材料主要有：CuBe系、CuPb系和CuCd系等，由于Be、Pb、Cd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。因此，在许多工业发达国家已经立法严格禁止生产含Be、含Pb、含Cd产品。
另外，国内外传统相关行业生产铜合金的方法有：熔铸法、粉末冶金法等。但是，采用传统的熔铸法生产的铜合金材料存在着晶粒组织粗大、成分偏析、性能不稳定等问题；而粉末冶金技术工艺中存在着颗粒边界上的难溶氧化膜，导致材料内部缺陷无法消除、材料性能差。同时，粉末冶金加工技术工艺复杂，材料成品率低，制作成本较高。因此，围绕代替铍青铜、铬青铜、改进铜铅合金性能，以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，铍青铜、铬青铜、含铅铜合金存在的问题还未得到较好地解决。
昆明贵金属研究所采用快速凝固(冷却速率：105～107K/s)喷射成形技术，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，在高强中导铜合金、耐磨耐蚀铜合金领域的创新应用，解决了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、无偏析特种铜合金的生产，打下了良好基础。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
  制备工艺   简单   复杂   简单
  制备成本   低   高   接近熔铸法
发明内容
本发明能够解决铜铬锆合金晶粒组织粗大，成分偏析，性能不稳定的技术问题，并能消除合金颗粒边界上的难溶氧化膜和材料内部缺陷，提高材料性能，简化粉末冶金加工的复杂工序，提高材料成品率。
本发明的铜合金的化学成份(重量％)为：Cr0.1-5.0、Zr0.5-5.0、Mg0.01-2.0、Sm0.01-2.0、Y0.01-2.0，余量为Cu。
铜合金材料的制备方法，其具体过程为：
(1)选择纯度为99.95％以上的Cu、Cr、Zr、Mg、Sm、Y为原材料，按合金化学成份设计比例配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuCrZrMgSmY合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的CuCrZrMgSmY合金，经过挤压、拉拔、轧制等进一步加工，并按照具体产品使用要求加工为导电板、引线、弹片、接插件等。
喷射成形铜合金与传统熔铸法制备的铜合金实施列综合技术经济指标比较如表2所示，说明喷射成形技术具有常规熔铸技术无法比拟的优越性。
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(HBS)   抗拉强度(MPa)   屈服强度(MPa)   延伸率(％) 电导率(％IACS)
Cu0.5Cr0.1Zr0.02Mg0.05Sm0.04Y   熔铸法   8.9   125   520   412   12   86
  喷射成形法 8.85 142 650 530 10 85
Cu0.8Cr0.2Zr0.07Mg0.1Sm0.2Y   熔铸法   8.9   140   600   530   10   78
  喷射成形法 8.84 150 730 570 8 76
Cu1.0Cr0.5Zr0.08Mg0.4Sm0.5Y   熔铸法   8.9   160   680   550   8   73
  喷射成形法 8.8 165 720 610 7 72
本发明在铜铬锆合金的基础上，通过添加镁、钐、钇微量金属元素，在合金中形成大量弥散细小分布的第二相强化粒子，起到弥散强化的作用。再结合喷射沉积近成形技术，有效地提高了合金元素在铜基体中的固溶度，细化了晶粒组织，从而明显地提高了合金的强度和弹性等。由于加入的合金元素总量较少，即使在合金的强度明显提高时，也很少降低合金的导电率。
具体实施方式
(1)选择纯度为99.95％以上的Cu、Cr、Zr、Mg、Sm、Y为原材料，按合金化学成份设计比例Cu0.5Cr0.1Zr0.02Mg0.05Sm0.04Y、Cu0.8Cr0.2Zr0.07Mg0.1Sm0.2Y、Cu1.0Cr0.5Zr0.08Mg0.4Sm0.5Y、配制好，在喷射沉积近成形设备中制备CuCrZrMgSmY合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的CuCrZrMgSmY合金，经过挤压、拉拔、轧制等进一步加工，并按照具体产品使用要求加工为导电板、引线、弹片、接插件等。

Claims (4)

1、一种新型铜合金，其特征是含有重量百分比为0.1-5.0的Cr、0.5-5.0的Zr、0.01-2.0的Mg、0.01-2.0的Sm、0.01-2.0的Y，余量为Cu。
2、如权利要求1所述的新型铜合金的特殊制备方法，其具体过程为：
(1)选择纯度为99.95％以上的Cu、Cr、Zr、Mg、Sm、Y金属为原材料，按照合金化学成分设计比例配制好，在真空喷射成形设备中进行快速凝固沉积，制备CuCrZrMgSmY合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的合金锭坯，再进行挤压、拉拔、轧制等进一步的机械加工各种形状材料，材料具体形状有：片材、丝材和棒材。
3、一种如权利要求1所述的新型铝合金应用于计算机、电子、电力、电工、汽车、机械等行业上制备电极板、引线、弹簧、接插件。
4、如权利要求1所述的新型铝合金可代替有毒的CuBe系、CuPb系、CuCd系铜合金。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication