[發(fā)明專利]一種替代鈹青銅的Cu?Li?Ga銅鋰合金

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107586991A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊長江
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州宇智科技有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;C22F1/08;C22F1/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種銅鋰合金。

背景技術(shù)

鈹是鋼灰色金屬，比常用的鋁和鈦都輕，但強(qiáng)度是鋼的4倍?，F(xiàn)在有許多超音速飛機(jī)的制動裝置是用鈹來制造的，因?yàn)樗袠O好的吸熱、散熱的性能，剎車時產(chǎn)生的熱量很快就會散失。銅比鋼鐵要軟得多，彈性和抵抗腐蝕的能力也不強(qiáng)。但是銅合金中加進(jìn)1-3.5wt.％的鈹后，銅合金的性能發(fā)生了顯著的變化。鈹青銅是銅合金中性能最優(yōu)良的彈性合金之一，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、無磁性、彈性滯后小。鈹青銅合金用于制造在高溫下工作的彈簧，此種彈簧在紅熱狀態(tài)下仍保持良好的彈性和韌性，可以壓縮幾億次以上。鈹青銅可以制作電子接插件觸點(diǎn)、開關(guān)觸點(diǎn)、關(guān)鍵零部件如膜盤、膜片、波紋管、彈簧墊圈、微電機(jī)電刷及整流子、電插接件、鐘表零件、音頻元件等，廣泛應(yīng)用于儀表、儀器、計(jì)算機(jī)、汽車、家電等工業(yè)中。鈹青銅易于焊接和釬焊，在大氣、淡水和海水中耐腐蝕性極好，被用來制造深海探測器和海底電纜。含鎳的鈹青銅有一個非?？少F的特點(diǎn)，就是受到撞擊的時候不會產(chǎn)生火花。這個特點(diǎn)對制作軍工、石油、礦山專用的工具至關(guān)重要。

但由于鈹對人的健康和環(huán)境具有嚴(yán)重的損害作用，且鈹青銅合金的熱處理工藝復(fù)雜和實(shí)際生產(chǎn)難度大，使其只應(yīng)用于特殊領(lǐng)域。國外己經(jīng)開發(fā)的新型無鈹彈性銅合金的導(dǎo)電率太低，均沒能超過50%IACS，不能滿足現(xiàn)代元器件對導(dǎo)電率的要求。鋰作為合金化元素加入銅合金中可以大大提高銅合金的彈性性能和耐高溫軟化性能。開發(fā)新型高強(qiáng)、高導(dǎo)、高耐磨、高軟化溫度的銅鋰合金已成為必然。

銅鋰合金最大的特點(diǎn)是在冶煉過程中因?yàn)殂~鋰合金熔體容易氧化燃燒，生成疏松的氧化膜和氮化膜。這種不致密的熔體表面化合物膜不能阻止氧氣和氮?dú)庀蛉垠w表面的擴(kuò)散，導(dǎo)致了銅鋰合金熔體在熔煉過程中的不斷氧化和消耗。因此，目前在銅鋰合金的冶煉中一般采用氬氣保護(hù)的方法來進(jìn)行合金制備。而且冶煉溫度在1200度左右。在如此高的溫度下，鋰由于蒸氣壓過大導(dǎo)致在冶煉過程中揮發(fā)過度，最后合金中剩余的鋰含量過低。一般而言，采用氬氣保護(hù)的方法熔煉的銅鋰合金，最終鋰的收得率只有10-30wt.%左右。而且該方法不同程度地存在著鑄件易產(chǎn)生熔劑夾雜、設(shè)備復(fù)雜及生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。因此使銅鋰合金的研制、開發(fā)與應(yīng)用受到了限制。在急需大規(guī)模使用銅鋰合金的工業(yè)和國防領(lǐng)域，一直存在著現(xiàn)有產(chǎn)量少，工藝繁瑣，成本高等急需克服的現(xiàn)狀。

尋求更好的冶煉方法成為銅鋰合金應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化中的關(guān)鍵問題之一。通過合金化的方法達(dá)到防止在冶煉過程中銅鋰合金熔體的氧化，是解決銅鋰合金冶煉問題的發(fā)展方向之一。合金化阻燃和防止鋰在熔煉過程中揮發(fā)的機(jī)理是在合金中添加合金元素來影響合金氧化的熱力學(xué)與動力學(xué)過程。在合金表面形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜和氮化膜，達(dá)到阻止合金劇烈氧化的目的。與氬氣保護(hù)相比，合金化阻燃可以消除熔劑夾雜，降低對大氣的污染。但是，作為一種結(jié)構(gòu)材料，只具有熔煉時的阻燃和防止鋰在熔煉過程中揮發(fā)性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的，更重要的是最終銅鋰合金產(chǎn)品還要同時擁有令人滿意的力學(xué)強(qiáng)度，至少要能達(dá)到常用銅鋰合金的力學(xué)性能水平。因而如何在銅鋰合金中平衡各種合金元素的含量，制備出在大氣環(huán)境下阻燃和防止鋰在熔煉過程中揮發(fā)的銅鋰合金，且具備優(yōu)異的力學(xué)性能，是當(dāng)前銅鋰合金的一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以在1200-1300度大氣條件下進(jìn)行熔煉的高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Li-Ga銅鋰合金及其加工工藝。且在此溫度區(qū)間熔煉的合金最終產(chǎn)品具有現(xiàn)有銅鋰合金的力學(xué)性能，和良好的室溫塑性和抗氧化性能。該方法還具有生產(chǎn)成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有在1200-1300度之間熔煉的高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Li-Ga銅鋰合金。按重量百分比計(jì)，合金的組成為：Li: 0.2-1.4wt.%, Ga: 1.0-2.0wt.%,Sr:2.0-3.0wt.%,Nd:0.1-0.2wt.%,Gd:0.1-0.2wt.%,Yb:0.1-0.3wt.%,In:0.6-0.8wt.%，B:0.1-0.2wt.%，余量為銅。該銅鋰合金在熔煉過程因?yàn)閾]發(fā)和形成爐渣等原因而損失的重量在2.0-5.0wt.%左右。