[發明專利]一種銅基原位復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810017294.3
• 申請日: 2008-01-15
• 公開（公告）號: CN101225486A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 劉平;田保紅;陳小紅;趙冬梅;賈淑果;任鳳章;劉勇;雷靜果;楊麗紅
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C23F1/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及銅基合金材料技術領域，特別涉及一種銅基原位復合材料及其制備工藝。

背景技術

高強度和高導電性是一對相互矛盾的特性，對銅合金材料也不例外。在銅合金材料研究領域，主要通過合金化法和復合材料法來解決其高強度和高導電性的矛盾。目前，多元復合微合金化技術已越來越受到重視，已成為進一步改善銅合金強度和導電性能的有效手段。

銅基原位復合是指往銅中加入與其固態下互不溶解或有極小固溶度的合金元素，制得兩相復合體，其在鑄態下由銅基體和呈樹枝狀或顆粒狀存在的第二相組成。經過劇烈冷變形后，第二相轉變為沿線拉方向上的纖維，結果銅基體保持著高的導電性，其纖維保持著高的強度，從而得到纖維增強的復合材料。

Cu和一些過渡族金屬如Nb、Ag、Fe、Cr、Mo、V和W等形成合金(過渡族金屬體積含量一般不超過20％)經形變后可獲得強度和導電性的良好結合。其根本原因是Cu和這些過渡族金屬在固態下互不溶解或只有極小的固溶度，Cu和過渡族金屬形成的合金，在鑄態下基本上是由純Cu相和純過渡族金屬相組成，且過渡族金屬相以樹枝狀或顆粒狀埋在Cu基體中，經形變后，過渡族金屬相形成了平行于線拉方向的纖維，這樣合金中的纖維具有高強度，同時銅基體也保持了良好的導電性。

銅基原位復合材料的高強度主要來源于亞結構(位錯、亞晶界、晶界、析出相)強化和纖維強化，其所具有的超常的高強度難以通過常規的混合法則進行解釋，為此從最初的1978年Beck發現Cu-(10～30)Nb的高強高導的原位復合材料開始，人們對其強化機理進行了廣泛深入的研究。如Raabe和Hangen等在考慮各相的體積分數的同時，又考慮相界面的作用，利用修正的混合規則模擬計算了線拉Cu-Nb復合材料的屈服強度，其結果與實驗值吻合得較好；再者基于晶界阻礙位錯運動，導致位錯塞積以及應力集中而由Funkenbusch提出的位錯強化的障礙模型；以及基于冷變形珠光體強化由Verhoeven提出的相界面強化模型等。根據已有的眾多研究結果，銅基原位復合材料具有的遠高于混合法則的高強度的原因可能是兩相協調變形時界面強化和位錯強化共同作用的結果。

Cu-Ag、Cu-Nb原位形變復合材料雖然能夠達到超高強度與良好導電率的匹配，由于Ag和Nb都是貴金屬，而影響了其應用前景。Cu-Cr、Cu-Fe等由于原材料價格較低，是目前的主要研究熱點。但固態下Fe與Cu有一定的固溶度，影響其導電性能，而Cu-Cr的強度又偏低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在銅基二元合金(Cu-Cr)基礎上改進的強度和導電性能兼顧的銅基原位復合材料。本發明的另一步目的是提供一種上述銅基原位復合材料的制備方法，該方法能夠在提高復合材料強度的同時，能夠提高Cr的析出，提高該復合材料的抗軟化溫度，降低微量合金元素對其導電率的影響。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種銅基原位復合材料，其特征在于，含有重量百分比為6～16％的鉻、0.02～0.2％的鋯、其余為銅。

該技術方案的進一步優選配比是含有重量百分比為9～15％的鉻、0.06～0.1％的鋯，其余為銅。

該技術方案的最佳優選配比是含有重量百分比為12％的鉻、0.08％的鋯，其余為銅。

本發明的另一個技術方案：一種銅基原位復合材料的制備方法，主要包括如下步驟：

(1)按照上述重量百分比分別稱取鉻、鋯、銅，混合熔煉，熔鑄成Cu-Cr-Zr三元合金鑄錠；

(2)對鑄錠在900～980℃下進行熱鍛，然后進行固溶處理，固溶溫度為950～1000℃，固溶時間為1～2h，得到固溶處理物料；

(3)在室溫下對固溶處理后物料進行多道次冷拉拔，最終拉拔應變量η為6～7，在多道次冷拉拔過程中進行中間熱處理。

本發明制備方法的更進一步優化是，所述中間熱處理為兩次，當冷拉拔應變量η在3.5～4.1之間時，進行第一次中間熱處理，溫度550～450℃，時間1h；當冷拉拔應變量η在4.5～5.1之間時，進行第二次中間熱處理，溫度500～400℃，時間1h。

按照上述制備方法得到的銅基原位復合材料，其抗拉強度為850～1300MPa，電導率為70～80％IACS，軟化溫度為500～550℃。