[發明專利]一種高強度高電導率銅鉻鋯合金及其低溫變形制備方法

有效

• 申請號: 201810059243.0
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN110066939B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 孫利昕;張志遠;陶乃镕;盧柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08;C22C9/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及銅合金及其應用領域，具體涉及一種高強度高電導率銅鉻鋯合金及其低溫變形制備方法。該合金的化學成分質量百分比為：鉻0.2～1.5％，鋯0.05～0.2％，其余為銅及不可避免的雜質。該合金典型的組織為具有納米尺度變形結構的銅基體和彌散分布的鉻顆粒。其中典型的納米結構為變形孿晶束，孿晶層片厚度20～100納米，孿晶束尺寸數微米至數百微米。彌散分布的鉻顆粒粒徑在10～100納米。該合金具有700MPa級別強度，同時電導率在78～82％IACS范圍。該合金的制造包括合金坯熔鑄熱加工及低溫變形兩部分。本發明合金具有強度高、電導率高、軟化溫度高、耐磨、焊接性優良等特點，可適用于現有銅鉻鋯合金使用領域，以及對強度?電導率有更高要求的領域。

技術領域

本發明涉及銅合金及其應用領域，具體涉及一種以納米孿晶結構和彌散鉻顆粒強化的高強度高電導率銅鉻鋯合金，以及以低溫變形為主要特點的制造方法。

背景技術

隨著電力電子、高速軌道交通等行業的高速發展，對導電零部件輕量化、低能耗等提出越來越高的要求，這就要求其中關鍵導電零部件如引線框架、高速鐵路接觸線等使用的導電材料同時具有高電導率和更高的強度。現有高強高導材料以銅合金為主。這類合金其以優異的成型能力、適中的價格、較高的強度、高韌性、優良的連接性能、高電導率和高熱導率等特點，仍將是未來相當長時間內最重要的導體材料之一。

高電導率純銅及銅合金作為導電材料應用中面臨的最大問題是強度不足(高純銅室溫屈服強度在50MPa左右)。合金化、塑性變形以及復合化等方法都可以在相當大的范圍調控銅的強度及其他力學性能，但目前各種強化金屬材料的方式都會不同程度地導致電導率的損失，即提高強度時通常伴隨電導率的顯著下降。目前主要的高強度高電導率導電銅合金大都使用低合金含量的沉淀強化體系，沉淀強化銅合金經過人工時效處理使固溶其中的合金元素以沉淀相的形式析出，一方面降低銅基體中的固溶合金元素含量，提高電導率，一方面沉淀相的析出提高合金強度。目前常見的沉淀強化高強度高電導率銅合金有Cu-Be、Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr等等。在保持較高電導率的前提下，合金體系選擇受限，使沉淀強化程度受限，繼續提高強度仍十分困難。例如常用的C70250合金，其強度可達600MPa級別，但電導率只有40～50％IACS。在此基礎上發展的C70350合金，強度可以提高至800MPa，但電導率仍不高于50％IACS。C18200合金電導率達到80％IACS級別，但強度只有400MPa左右。

Cu-Cr及Cu-Cr系合金中Cr的固溶度極低，因此具有較高的電導率，以Cr為主的沉淀相析出能夠提高顯著的強化效果。該系合金兼有良好的加工性能和焊接性能，是目前集成電路、接插件、接觸線等領域極具大規模應用潛力的合金體系。但是，Cr在Cu中極低的固溶度，也限制沉淀強化帶來的強度極限。目前常用的Cu-Cr及Cu-Cr-Zr體系拉伸強度通常在400MPa左右，各種方法獲得的復合強化極限在550～600MPa級別。

傳統沉淀強化銅合金一般可以通過時效處理前的塑性變形提高強化效果，但通常變形獲得以為微米晶和高密度位錯的顯微組織，通過結構細化帶來強化效果有限。而金屬材料的力學性能通常與顯微結構尺寸相關，晶粒尺寸與硬度/拉伸強度的關系最具有代表性。晶粒尺寸減小，金屬的硬度/強度升高。傳統熱軋/熱擠壓方法可將Cu-Cr合金的晶粒尺寸降低至數百微米，經過冷軋或冷拉后，其晶粒尺寸通常可達數微米。經過時效處理后，合金拉伸強度可達400～500MPa。

近年來發展的嚴重變形方法，通過對金屬反復變形，在其內部累積變形缺陷，以達到降低晶粒尺寸的目的。經過等通道角擠壓的Cu-Cr合金，其晶粒尺寸可至數百納米，強度可達550～600MPa。然而，由于金屬內部缺陷的形成和湮滅在反復變形中達到平衡，這類方法并不能繼續減小晶粒尺寸進而提高合金的強度。