[發明專利]一種高強度高導電純銅材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310213309.4
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103469133A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 劉敬君
• 申請（專利權）人: 劉敬君
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于金屬材料制造領域，更具體地說，涉及一種適用于工業純銅在低溫下進行高應變速率軋制制造高強度高導電純銅材料及其制備方法。

背景技術

作為電的良導體，銅及銅合金廣泛應用于電力輸送，電機制造，通訊等領域。純銅導電性好但強度較低。對于一些用途，如電極，連接端子，連接器等同時需要高強度和高導電性能。人們通過合金化、固溶強化等來改善銅的力學性能，但這通常是以降低導電性為代價。此外，一些合金元素對環境具有相當的危害性，如鈹銅合金中鈹元素對人體有很強的毒副作用。因此，制備出高強度高導電且環境良好的金屬材料是材料研究領域的一大挑戰。

金屬材料的力學性能與其晶粒尺寸密切相關：晶粒尺寸越小，屈服強度越高。對傳統粗晶金屬材料的力學性能與晶粒尺寸之間的關系進行外推，人們預測當晶粒尺寸小于100nm時金屬材料強度和塑性可以同時得到提高(Scr.Metall.Materialia1991；25：811)。目前制備出的納米金屬材料的強度比相應的粗晶材料提高了5-10倍(MRS?Bull.1999；24：44)，與預測結果基本相符合。

俄羅斯科學家Valiev等人采用等通道擠壓方法(ECAP)制備了亞微米晶體純銅(J.Mater.Res.2002；17：5)，室溫拉伸強度約為400Mpa。

將等通道擠壓方法與傳統軋制方法相結合，可以在樣品中引入更多的位錯和得到更小尺寸的晶粒，使樣品的強度得到進一步的提高。Wang等人(APL2002，80：2395)對ECAP?Cu樣品在液氮溫度下進行大變形量軋制得到近似等軸的納米晶粒，與原始的ECAP?Cu相比位錯密度有大幅增加，晶粒尺寸也有所下降。制備出的樣品拉伸強度約為480MPa。

增加樣品中晶界等缺陷密度以阻礙位錯運動是納米晶金屬的強化的機制。近來的研究表明，納米尺度的孿晶對金屬有類似的強化效果。Han等人(Philosophical?Magazine2004；84：3705)在液氮溫度下對純銅進行拉拔，制備出具有高密度納米尺度孿晶結構的樣品，其拉伸強度約為580Mpa，電阻率為1.79×108Ω·m。Zhao等人(Scripta?Metall.2005，53：745)在液氮溫度下對純銅進行動態塑性變形(DPD)，制備出的樣品具有高密度納米尺度孿晶和高密度位錯的微觀結構，拉伸強度達到633MPa。電阻率為1.80×108Ω·m。這兩種樣品的導電率相近，約為高導無氧純銅導電率的94％左右，可見室溫下孿晶界和位錯對傳導電子的散射作用很小，因此高密度位錯和孿晶的引入可以強化導體而不會嚴重地降低它的電導率。

上述強化純銅的方法，或制造成本高，或生產效率低，因而限制了它們在工業上的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中純銅的強度低、導電性能差、制造成本高以及生產效率低的缺陷，提供一種適用于工業純銅在低溫下進行高應變速率軋制制造高強度高導電純銅材料的制備方法；本發明要解決的另一技術問題在于，針對現有技術中純銅的強度低、導電性能差、制造成本高以及生產效率低的缺陷，提供一種適用于工業純銅在低溫下進行高應變速率軋制制造的高強度高導電純銅材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種高強度高導電純銅材料的制備方法，包括以下步驟：

在低溫下，將純銅材料采用高速軋機進行單次或多次的高應變速率軋制處理制造而成。

在本發明所述的高強度高導電純銅材料的制備方法中，所述軋制過程中的軋制溫度范圍是-50℃至-200℃。

在本發明所述的高強度高導電純銅材料的制備方法中，所述軋制過程中的軋制平均應變速率是50至10⁴s^-1。

在本發明所述的高強度高導電純銅材料的制備方法中，所述軋制平均應變速率的計算方式為計算軋制過程中變形區內各斷面應變速率的均值。

在本發明所述的高強度高導電純銅材料的制備方法中，所述高應變量為1至4。

在本發明所述的高強度高導電純銅材料的制備方法中，所述高應變量的計算方式為ε＝ln(l/L)，其中，ε為應變量，L為材料軋制前長度，l為材料軋制后的長度。

本發明解決其另一技術問題所采用的技術方案是：構造一種高強度高導電的純銅材料，該純銅材料為工業純銅，其銅元素含量大于99.5％。