[發明專利]抗軟化銅合金、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610813189.5
• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號: CN106350698B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 裴勇軍;王繼軍;張兒;宋玉波;胡仁昌;李娟;李威威;田夢濤
• 申請（專利權）人: 寧波博威合金板帶有限公司;寧波博威合金材料股份有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22F1/08
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 謝瀟

技術領域

本發明涉及銅合金制造領域，尤其涉及一種抗軟化銅合金、制備方法及其應用，屬于合金新材料技術領域。

背景技術

焊接是一種以加熱、高溫或高壓的方式接合金屬或其他材料的制造工藝技術。目前主要有三種方式完成接合材料的目的：熔焊、壓焊和釬焊。焊接過程中，工件和焊料熔化形成熔融區域，熔池冷卻凝固后便形成材料之間的連接。這一過程中，通常還需要施加壓力。焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。19世紀末之前，唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數百年的金屬鍛焊。最早的現代焊接技術出現在19世紀末，先是弧焊和氧燃氣焊，稍后出現了電阻焊。20世紀早期，隨著第一次和第二次世界大戰開戰，對軍用器材廉價可靠的連接方法需求極大，故促進了焊接技術的發展。隨著焊接機器人在工業應用中的廣泛應用，研究人員仍在深入研究焊接的本質，繼續開發新的焊接方法，以進一步提高焊接質量。

縱觀現代焊接技術裝備的發展，焊接設備自動化及提升生產效率是焊接技術發展的主要驅動力。因銅合金具有良好的強度及電性能，故而在焊接設備中有許多耗材使用銅及其合金，如電阻焊中的電極帽、釬焊中的導電嘴等。隨著現代自動化裝備尤其是焊接機器人的使用，對導電嘴、電極帽等銅合金的要求日益提高，尤其是其抗高溫軟化的能力。焊接過程中，由于需加熱、高溫或高壓，因此實際銅合金耗材的使用環境經常是在很高的溫度下，所以對銅合金的要求也越來越高。在其他領域內，也存在材料在高溫環境下使用的例子，比如電氣化鐵路接觸線，其也需在比較高的溫度下長時間使用。因此，開發一款抗高溫軟化性能更加優良的銅合金便成了迫切的要求。

目前,實際推廣的焊接裝備導電嘴、電極帽以及電氣化鐵路接觸線等產品多采用傳統的銅鉻鋯合金(如美標C18150)，因其具有優良的強度與導電性能，在上述領域內被廣泛應用。但隨著機械自動化水平的逐步提高，焊接等行業基本開始采用機器代人策略，以提升生產效率。這種改變就將對其零部件的原材料性能提出新的要求，首當其沖的就是抗高溫軟化性能，因為抗高溫軟化性能好，零部件的耗損就小，導致零部件的使用壽命提高，并且焊接過程中的精度也會隨之提高。目前傳統的銅鉻鋯合金(如美標C18150)其抗高溫軟化性能為在580℃下，其硬度損失值在15％以上，這已不能滿足相關行業的發展要求，因此，提高材料的抗高溫軟化性能成了目前迫切的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種抗高溫軟化性能更加優異的銅合金，解決了目前鉻鋯銅合金的抗高溫軟化性能待提升的問題。

為解決上述問題，通過下面所述技術方案實現：一種抗軟化銅合金，所述合金的組成為：Cr：0.1-1.0wt％，Zr：0.01-0.2wt％，Si：0.01-0.10wt％,Fe：≤0.10wt％，其余為銅和不可避免的雜質，該銅合金微觀結構由單質Cr相、Cu₅Zr相和Cr₃Si相組成。本發明銅合金采用添加適量硅元素形成Cr₃Si化合物提升材料抗高溫軟化效果，同時以單質Cr相和Cu₅Zr相強化銅合金基體，并利用Cr₃Si相和單質Cr相的協同作用，并通過控制Fe雜質的含量，進一步提升材料的強度和抗高溫軟化性能。

各合金元素及相關析出相在銅中的作用如下：

鉻常溫下在銅中的固溶度很小，只有不到0.5％，但在高溫時固溶度相對較大，可達0.65％，因此可實現析出強化，是本發明銅合金中的主要強化元素。在銅合金中，利用熱處理可得到單質Cr的彌散強化相粒子，對銅基體形成強化效果。在強化銅基體的同時，Cr還會與銅基體中固溶的Si形成Cr₃Si化合物，經研究發現Cr₃Si化合物為高溫穩定化合物相，即使在800℃高溫下也不會發生溶解，因此其抗高溫軟化能力極強。本發明青銅合金鉻含量為0.1-1.0％，若鉻含量小于此范圍，Cr與Si很難形成Cr₃Si，即使形成，數量也不多，不能起到應有的作用，而若鉻含量大于此范圍，鉻將大量析出形成強化相，導致鉻在晶界處大量積聚，破壞材料的塑性。

鋯在銅合金中有一定的溶解度。鋯加入可提高銅基體的再結晶溫度，提升銅合金的耐高溫軟化能力。而且鋯會與銅形成Cu₃Zr中間化合物，對銅基體起到強化作用，同時提升銅合金的電性能。本發明銅合金鋯含量在0.01-0.2％，若低于此范圍，則起不到作用，而高于此范圍，雖對合金能夠起到強化作用，但會大大降低合金的導電性，影響合金的綜合性能。