[發(fā)明專利]一種高強高導銅和銅合金及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810018319.1
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN101348873A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬穎;楊貴榮;郝遠;周啟波;宋文明
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;B21J5/02
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司
• 代理人: 董斌

技術領域

本發(fā)明涉及的是高強高導銅及銅合金的制備工藝技術，主要涉及高強高導銅合金的成分與制備方法。

技術背景

銅是人們應用最早同時也是目前應用最廣泛的金屬材料之一。銅及銅合金由于其良好的導電、導熱、耐蝕、可焊性而廣泛應用于導電、導熱器材，如：集成電路引線框架、高速電氣化鐵路接觸線、連鑄機結晶器、高脈沖磁場的導體材料、微電子封裝材料、各類電焊和滾焊機的電極材料、大型高速渦輪發(fā)電機的轉子導線、電樞和電動工具的換向器、沿海電廠的熱交換材料和耐蝕部件、高速電動機和發(fā)電機的整流子片等。但是，由于銅本身的物理特性，使其傳導性與強度的同時提高成為一對矛盾。目前，主要通過銅合金的成分設計(包括合金化法和復合材料法)來制備高強高導銅及銅合金。

復合材料法的主要設計原理是根據(jù)對材料性能的要求選用適當?shù)脑鰪娤嘣诒３只w高導的同時充分發(fā)揮增強相的強化作用和二者的適當協(xié)調作用。合金化法的主要設計原理是在銅中加入合金元素，通過固溶強化、冷變形時效強化、細晶強化和過剩相強化等方式來提高銅合金的強度。復合材料法及其工藝能夠保證合金具有較高的強度，但導電性能不高、工藝過程復雜不易控制且生產成本較高；合金化法及其工藝能夠使合金有較好的導電性能，但強度不高且工藝過程較復雜。

目前，能夠使銅及銅合金同時具備高強高導、降低生產成本和工藝復雜性又能廣泛應用于工業(yè)大規(guī)模生產的成型工藝只有鑄造和塑性成型。鑄造屬于液體充填形式的加工方法。為了提高鑄件的質量和尺寸精度、不斷向快速、精密、高壓方向發(fā)展。塑性加工屬于固體填充形式的加工方法。由于固態(tài)金屬變形抗力高、需要耗費較大的能源。對于稍微復雜的零件，往往需要多道鍛造工序，成型才能完成，成本很高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供滿足電力、電器、機械制造等工業(yè)部門所需高質量低成本的高強高導銅、銅合金及其制備工藝。

本發(fā)明是一種高強高導銅及銅合金及其制備方法，高強高導銅及銅合金是以純度為99.9％以上的高純陰極銅為基體加入合金元素，采用液態(tài)模鍛工藝成型。該合金中含有質量分數(shù)為0.01％～1％的Ag、0.01％～0.5％的Mg、0.01％～0.3％的Ti、0.01％～0.2％的稀土元素鑭或鈰。

其制備方法是首先進行銅或銅合金的真空熔煉，同時將模具清理好后進行預熱，接著打開模具定量澆注后再合模，并施加壓力保壓成型，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固后才卸壓，隨即開模取工件。然后再將工件進行時效處理或固溶與時效處理。

本發(fā)明的液態(tài)模鍛采用液態(tài)充填，同時具備塑性成型的優(yōu)點，可降低能源消耗和成本、減小單位變形力、提高制件的尺寸精度、保證制件質量，是綜合了鑄造成型與塑性成型的優(yōu)點于一體的成型新技術。使用液態(tài)模鍛法制備高強高導銅及銅合金，在液態(tài)模鍛的過程中，金屬液在凝固過程中受高壓作用，使金屬液和金屬模壁緊密接觸，因而傳熱快、凝固時間短。所得工件表面光滑、組織致密；金屬液在高壓下凝固有利于獲得細晶組織；同時，在凝固的后期固態(tài)金屬發(fā)生了塑性變形，極大地提高了其力學性能。所有這些因素都有利于銅及銅合金工件強度和導電性能的提高。

具體實施方式

下面說明本發(fā)明的具體實施方式：

添加元素可以是中間合金，也可以是純金屬。實施例1：高強高導純銅的熔煉原料：高純陰極銅(純度99.97％)。

(1)熔煉：首先將高純陰極銅(純度為99.97％)和還原性物質一同加入真空爐中，加熱熔化并升溫至1350℃～1500℃，保溫2～8分鐘。降溫至1100℃～1200℃，保溫靜置1～5分鐘，通入保護性氣體，時間2～30s，最后進行液態(tài)模鍛。

(2)液態(tài)模鍛：其工藝參數(shù)如下：銅及銅合金的澆注溫度為：1120℃～1300℃；模具預熱溫度為：150℃～400℃；液態(tài)金屬在模具中的靜置時間為：5～60s；液態(tài)模鍛單位壓力大小為：20～250Mpa；液態(tài)模鍛單位加壓速度為：0.1～5mm/s；保壓單位壓力為：50～250Mpa；壓力保持時間為根據(jù)液態(tài)模鍛件壁厚：0.3～1.5s/mm；

(3)時效處理：將所得純銅試樣在250～400℃時效1～5小時。經過處理后的液態(tài)模鍛純銅性能：抗拉強度300MPa～400Mpa，電導率達到99.5％IACS以上。

實施例2：

高強高導銅合金采用以下合金熔煉：高純陰極銅(純度99.97％)、銅與一定含量的合金元素構成的中間合金或純金屬元素。