[發明專利]一種超高強CuNiAl系彈性銅合金材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310407348.8
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103421984A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 李周;申鐳諾;董琦祎;雷前;李思;龐詠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C1/02;C22F1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及一種超高強CuNiAl系彈性銅合金材料及其制備方法，隸屬新材料領域。特別是指一種力學性能、導電性能、抗應力松弛性能優良的超高強CuNiAl系彈性銅合金及其制備方法。

背景技術

彈性合金是精密儀器儀表和精密機械中不可缺少的材料。它廣泛應用于制造各種彈性元件，如波紋管、膜片膜盒、壓力彈簧管、諧振彈性元件、熱敏雙金屬彈簧、片簧和盤簧等。在儀器儀表及各種測量裝置中，彈性元件的性能決定著儀器整體的精度、可靠性和壽命。隨著現代工業和科學技術的發展，新一代電器工業中簧片材料要求合金的強度≥1100MPa，電導率≥15％IACS，200℃/100h應力松弛率＜15％，研制高精度、耐高溫、耐腐蝕、高導電和高彈性的彈性合金已勢在必行。

高強導電彈性合金中的代表是鈹青銅，因其導電性、強度、耐腐蝕性、耐磨性等綜合性能優異，而被廣泛應用于各個領域。目前，它仍是儀表小型化的最佳材料，但是鈹青銅是一種非環保型合金，其生產過程會危害人體健康，污染環境且其由于生產工藝復雜、成本高而造成價格一直居高不下。同時，鈹青銅不具備高溫抗應力松弛能力、在較高溫度下工作穩定性差，使得其使用溫度均低于150℃。

近年來國內外專家不斷尋求新型合金以取代鈹青銅，相繼開發出的新型材料有：Cu-Ti、Cu-Ni-Al、Cu-Ni-Sn、“卡密隆”、“卡密林”、MHI-15-20和德銀合金等新型無鈹彈性銅合金。如北京有色金屬研究總院的發明專利(CN102899518A、CN102719699A和CN102676878A)所述銅合金具有優良的導電性能和抗應力松弛性能，但抗拉強度均低于1000MPa。專利20130167988發明了一種高強度、高彈性CuNiSi合金，但微合金化元素在本專利之外。專利US5846346所述CuNiSiSn合金硬度不高于250HV，抗拉強度為800-900MPa，且未涉及導電性能及抗應力松弛性能。專利US2851353發明的一種CuNiAlSi合金，其抗拉強度不高于1100MPa，屈服強度低于1000MPa，導電率不高于10％IACS，該專利未涉及抗應力松弛性能，且合金元素配比和微合金化元素均與本發明有所不同。

目前廣泛應用的彈性銅合金強度、導電性能不能兼備，且高溫工作穩定性能差，已嚴重制約了新一代電器工業的發展。而上述國內外專利報道的銅合金彈性材料均未能達到新型大功率繼電器用簧片材料高強度、高抗應力松弛、高導電率的性能要求。因此，亟需發明一種力學性能、導電性能和抗應力松弛性能均能滿足新型簧片材料需求的高溫抗應力松弛性能優良的彈性銅合金。

發明內容

本發明的目的在于提供一種組分合理、合金化程度高、生產工藝簡便、成本低廉、無毒害、強度高、導電性良好、抗應力松弛性能優良的CuNiAl系彈性銅合金及其制備方法，以滿足電子工業高性能彈性器件對高溫抗應力松弛性能優良的高強高彈性銅合金的需求。

一種超高強CuNiAl系彈性銅合金，其化學成分組成如下：

Ni：6.50-10.00wt％；

Al：1.00-3.00wt％；

Si：0.80-1.00wt％；

Mg：0-0.20wt％；

Ce：0-0.15wt％；

Zr：0-0.15wt％；

余量是Cu和不可避免的雜質。

優選地，本發明涉及一種超高強CuNiAl系彈性銅合金，其化學成分組成如下：

(1)Ni：8.50wt％；

Al：2.00wt％；

Si：0.90wt％；

余量是Cu和不可避免的雜質。

(2)Ni：8.50wt％；

Al：2.00wt％；

Si：0.90wt％；

Mg：0.10wt％；

Ce：0.10wt％；

Zr：0.10wt％；

余量是Cu和不可避免的雜質。

一種超高強CuNiAl系彈性銅合金材料的制備方法包括以下步驟：

(1)熔鑄

將電解銅、電解鎳放入加熱爐中熔化，控制爐溫為1280-1320℃，并且在熔體表面覆蓋一層木炭以防止氧化。待金屬完全熔化后，降低爐溫至1200-1250℃時，再將純鋁、銅-硅、銅-鋯、銅-鈰和銅-鎂中間合金分別加入加熱爐中，熔化完全并充分攪拌后，在1200-1250℃澆鑄成板坯，將所得的鑄錠進行雙面銑面；

(2)熱軋