[發明專利]一種超高強度銅合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201210006180.5
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102676868A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 田保紅;龍永強;李紅霞;劉勇;張毅;任鳳章;賈淑果;宋克興;楊雪瑞;馮江;孫永偉
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/03;C22C1/06;C22F1/08;B22D27/20
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及合金技術領域，具體涉及一種超高強度銅合金及其制備方法。

背景技術

大規模集成電路與電子器件的高度集成化與小型化，以及長脈沖強磁場技術發展，對高強度和高導電電子封裝關鍵材料和磁場線圈材料的性能提出了新的要求，需要有高強度、高導電性和高導熱性的結合，從而能承受更高的封裝和使用強度和硬度、洛侖茲力和焦耳熱。同時，還應具有高的抗軟化溫度，使用溫度在300℃時的抗拉強度下降率在10％以下。常用高強度銅合金如Cu-Be、Cu-Cr和Cu-Ag等合金已不能滿足要求，如Cu-Be合金導電性不足，而其它合金則強度較低。例如，對于40T的磁場要求線圈強度不低于1000MPa，而100T的磁場，要求線圈強度達到1500MPa以上。大量研究表明形變Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-Ag、Cu-Ag-Nb、Cu-Ag-Cr等銅基復合材料具有高強度和良好的導電性，且Cu-Nb、Cu-Ag形變材料已用作長脈沖磁場導體材料處在試用階段，這種形變銅基合金由于具有復合材料的組織和性能特點，所以稱之為形變銅基原位復合材料，是一種新型的高性能銅基功能材料。

但是由于銅合金的抗拉強度和導電率是一對相互矛盾的性能指標，采用常規冶金方法制備的材料很難滿足上述要求。目前獲得高強度高導電銅基復合材料的方法有四種：高熔點金屬纖維增強銅基復合材料法，如Cu-W；原位共晶纖維復合材料法，如Cu-1.56％Cr；形變原位復合材料法，如Cu-20％Nb，Cu-15vol.％Cr；累積疊層軋制法，如Cu/Zr。原位共晶纖維復合材料法雖然可以獲得理想的高強度和高導電的結合，但由于受共晶成分和結晶規律的限制，性能的進一步提高和工業化的應用受到制約。高熔點金屬纖維增強銅基復合材料法因W、Mo金屬纖維本身成本高和難加工性，使其制造技術復雜、工藝要求高、質量控制難度大。

目前對高強高導電銅合金研發主要集中在：Cu-Ag、Cu-Nb、Cu-Cr和Cu-Fe二元合金系，以及Cu-Ag-Nb、Cu-Ag-Cr、Cu-Fe-Cr等三元合金系。鑄態下基本上是由純銅相和純過渡族金屬所組成，且第二相以樹枝狀或顆粒狀存在基體中，經形變后，過渡族金屬相形成了平行于線拉方向的纖維，導致合金具有高的強度和導電性。但是，其最大拉伸強度一般不超過1000MPa。這與增強纖維相均為大變形純金屬有關，眾所周知，純金屬的強度通常較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高強度銅合金。

本發明的目的還在于提供一種超高強度銅合金的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種超高強度銅合金，所述超高強度銅合金為Cu-Zr合金，由Cu、Zr組成，Zr的重量百分含量為4.25％～11.23％，余量為Cu。所述超高強度銅合金中的Cu為合金基體，Zr以Cu₉Zr₂(或Cu₅Zr)第二相的形式存在于超高強度銅合金中，Cu₉Zr₂(或Cu₅Zr)的形狀為平行于拉拔方向的大部分纖維和分布在Cu合金基體上的微量細小彌散顆粒。

一種超高強度銅合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)母合金制備

母合金制備原料為2號標準電解銅和海綿鋯；熔煉過程為：采用真空非自耗電極電弧爐熔煉，抽真空至5×10^-2Pa，再充氬氣至0.06MPa，開始起弧熔煉，所述原料完全熔化后關閉電弧，冷卻后180°翻面；重復所述熔煉過程三次，之后冷卻，得到母合金，然后將所述母合金破碎至不大于10mm的小塊狀備用；

(2)真空熔煉和快速凝固

在高頻真空熔煉爐中將破碎后的母合金放入石英管中，對高頻真空熔煉爐抽真空至5×10^-2Pa，爐膛充氬氣至0.06MPa，熔化破碎后的母合金，之后再精煉20分鐘，然后在石英管內加0.5Mpa的氬氣，將石英管中的熔融金屬液體澆注入純銅鑄模內，澆注成直徑3.2～5.2mm的圓柱形鑄錠，冷卻10分鐘，從純銅鑄模中取出；

(3)連續冷拉拔變形

將直徑3.2～5.2mm的圓柱形鑄錠車去外皮至直徑為3.0～5.0mm，然后在冷拉拔機上分次連續拉拔變形至直徑為0.10mm～1.0mm的合金絲；

(4)最終退火

合金絲在電阻爐中于300～400℃、氬氣保護下加熱0.5～1小時，之后緩冷，制得超高強度銅合金。