專利名稱：一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅和銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金的制備工藝技術(shù)，主要涉及高強(qiáng)高導(dǎo) 銅合金的成分與制備方法。
背景技術(shù)：
銅是人們應(yīng)用最早同時(shí)也是目前應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一。銅及銅合金
由于其良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕、可焊性而廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱器材，如 集成電路引線框架、高速電氣化鐵路接觸線、連鑄機(jī)結(jié)晶器、高脈沖磁場(chǎng)的導(dǎo) 體材料、微電子封裝材料、各類電焊和滾焊機(jī)的電極材料、大型高速渦輪發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、電樞和電動(dòng)工具的換向器、沿海電廠的熱交換材料和耐蝕部件、 高速電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的整流子片等。但是，由于銅本身的物理特性，使其傳導(dǎo) 性與強(qiáng)度的同時(shí)提高成為一對(duì)矛盾。目前，主要通過銅合金的成分設(shè)計(jì)(包括 合金化法和復(fù)合材料法)來制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金。
復(fù)合材料法的主要設(shè)計(jì)原理是根據(jù)對(duì)材料性能的要求選用適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)相在 保持基體高導(dǎo)的同時(shí)充分發(fā)揮增強(qiáng)相的強(qiáng)化作用和二者的適當(dāng)協(xié)調(diào)作用。合金 化法的主要設(shè)計(jì)原理是在銅中加入合金元素，通過固溶強(qiáng)化、冷變形時(shí)效強(qiáng)化、 細(xì)晶強(qiáng)化和過剩相強(qiáng)化等方式來提髙銅合金的強(qiáng)度。復(fù)合材料法及其工藝能夠 保證合金具有較高的強(qiáng)度，但導(dǎo)電性能不高、工藝過程復(fù)雜不易控制且生產(chǎn)成 本較高；合金化法及其工藝能夠使合金有較好的導(dǎo)電性能，但強(qiáng)度不高且工藝 過程較復(fù)雜。
目前，能夠使銅及銅合金同時(shí)具備高強(qiáng)高導(dǎo)、降低生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜性 又能廣泛應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的成型工藝只有鑄造和塑性成型。鑄造屬于液 體充填形式的加工方法。為了提高鑄件的質(zhì)量和尺寸精度、不斷向快速、精密、 高壓方向發(fā)展。塑性加工屬于固體填充形式的加工方法。由于固態(tài)金屬變形抗
力高、需要耗費(fèi)較大的能源。對(duì)于稍微復(fù)雜的零件，往往需要多道鍛造工序，
成型才能完成，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供滿足電力、電器、機(jī)械制造等工業(yè)部門所需高質(zhì)量 低成本的高強(qiáng)高導(dǎo)銅、銅合金及其制備工藝。
本發(fā)明是一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金及其制備方法，高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金是
以純度為99.9%以上的高純陰極銅為基體加入合金元素，釆用液態(tài)模鍛工藝成 型。該合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01% ~ 1%的Ag、 0.01% ~ 0.5%的Mg、 0.01% ~ 0.3。/。的Ti、 0.01%~0.2%的稀土元素鑭或鈰。
其制備方法是首先進(jìn)行銅或銅合金的真空熔煉，同時(shí)將模具清理好后進(jìn)行 預(yù)熱，接著打開模具定量澆注后再合模，并施加壓力保壓成型，直至液態(tài)金屬 在高壓下完全凝固后才卸壓，隨即開模取工件。然后再將工件進(jìn)行時(shí)效處理或 固溶與時(shí)效處理。
本發(fā)明的液態(tài)模鍛釆用液態(tài)充填，同時(shí)具備塑性成型的優(yōu)點(diǎn)，可降低能源 消耗和成本、減小單位變形力、提高制件的尺寸精度、保證制件質(zhì)量，是綜合 了鑄造成型與塑性成型的優(yōu)點(diǎn)于一體的成型新技術(shù)。使用液態(tài)模鍛法制備高強(qiáng) 高導(dǎo)銅及銅合金，在液態(tài)模鍛的過程中，金屬液在凝固過程中受高壓作用，使 金屬液和金屬模壁緊密接觸，因而傳熱快、凝固時(shí)間短。所得工件表面光滑、 組織致密；金屬液在高壓下凝固有利于獲得細(xì)晶組織；同時(shí)，在凝固的后期固 態(tài)金屬發(fā)生了塑性變形，極大地提高了其力學(xué)性能。所有這些因素都有利于銅 及銅合金工件強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的提高。
具體實(shí)施例方式
下面說明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
添加元素可以是中間合金，也可以是純金屬。實(shí)施例1:高強(qiáng)高導(dǎo)純銅的熔 煉原料高純陰極銅(純度99.97% )。
(1)熔煉首先將高純陰極銅(純度為99.97%)和還原性物質(zhì)一同加入 真空爐中，加熱熔化并升溫至135CTC ~ 150CTC,保溫2~8分鐘。降溫至 1100°C~1200°C,保溫靜置1 5分鐘，通入保護(hù)性氣體，時(shí)間2 30s，最后 進(jìn)行液態(tài)模鍛。
(2) 液態(tài)模鍛其工藝參數(shù)如下銅及銅合金的澆注溫度為112CTC ~ 130(TC;模具預(yù)熱溫度為15CTC 40CTC;液態(tài)金屬在模具中的靜置時(shí)間為 5-60s;液態(tài)模鍛單位壓力大小為20~250Mpa;液態(tài)模鍛單位加壓速度為 0.1~5mm/s;保壓?jiǎn)挝粔毫?0~250Mpa;壓力保持時(shí)間為根據(jù)液態(tài)模鍛 件壁厚0.3~1.5s/mm;
(3) 時(shí)效處理將所得純銅試樣在250 40(TC時(shí)效1 ~5小時(shí)。 經(jīng)過處理后的液態(tài)模鍛純銅性能抗拉強(qiáng)度300MPa 400Mpa，電導(dǎo)率達(dá)到99.5 %IACS以上。
實(shí)施例2:
高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金釆用以下合金熔煉高純陰極銅(純度99.97°/。)、銅與一 定含量的合金元素構(gòu)成的中間合金或純金屬元素。
(1) 熔煉所述的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的熔煉是首先將高純陰極銅(純度 99.97%),純鈦和還原性物質(zhì)一同加入真空爐中，熔煉20~30分鐘，升溫至 1350'C 150(TC,保溫2-8分鐘，在保護(hù)性氣氛下加入銅-3%鑭中間合金，熔 煉1~8分鐘，最后加入銅-3%鎂，熔煉1~8分鐘并進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，降溫?br> iiocrc~i3oo°c,保溫靜置1 5分鐘，進(jìn)行液態(tài)模鍛。
(2) 液態(tài)模鍛其工藝參數(shù)如下銅及銅合金的澆注溫度為112CTC ~ 1300°C;模具預(yù)熱溫度為150°C~40(TC;液態(tài)金屬在模具中的靜置時(shí)間為 5-60s;液態(tài)模鍛單位壓力大小為20~250Mpa;液態(tài)模鍛單位加壓速度為 0.1~5mm/s;保壓?jiǎn)挝粔毫?0~250Mpa;壓力保持時(shí)間為根據(jù)液態(tài)模鍛 件壁厚0.3~1.5s/mm;
(3) 固溶處理合金加熱到90CTC 98CrC保溫15 60分鐘，淬入水等快 速冷卻劑中。
(4) 時(shí)效處理將合金在30CrC 55(TC保溫2-5小時(shí)。 經(jīng)過處理后的合金達(dá)到如下性能抗拉強(qiáng)度450 700Mpa、電導(dǎo)率達(dá)到 80%IACS以上、軟化溫度400°C ~ 550°C。
權(quán)利要求
1、一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金，其特征在于高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金是以純度為99.9％以上的高純陰極銅為基體加入合金元素，采用液態(tài)模鍛工藝成型。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于該合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.01。/。 1。/。的Ag、 0.01%~0.5%的Mg、 0.01% ~ 0.3%的Ti、 0,01%~0.2%的稀土元素鑭或鈰。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金，其特征在于該合金中還含有質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0.01%~0.3%的Cr、 0.01%~0.3%的Zr、 0.01%~0.2%的Co等元素中的一 種元素或幾種元素的混合物。
4、 一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金的制備方法，其特征在于制備如權(quán)利要求1，或 2,或3所述的高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金的步驟為首先進(jìn)行銅或銅合金的真空熔煉， 同時(shí)將模具清理好后進(jìn)行預(yù)熱，接著打開模具定量澆注后再合模，并施加壓力 保壓成型，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固后才卸壓，隨即開模取工件。然后 再將工件進(jìn)行時(shí)效處理或固溶與時(shí)效處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于銅及銅合金的澆注溫度為 1120°C~1300°C;模具預(yù)熱溫度為150°C~400°C;液態(tài)金屬在模具中的靜置 時(shí)間為5~60s。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于液態(tài)模鍛單位壓力大小為 20-250Mpa;液態(tài)模鍛單位加壓速度為0.1~5mm/s;保壓?jiǎn)挝粔毫?0~ 250MPa;壓力保持時(shí)間為根據(jù)液態(tài)模鍛件壁厚0.3~1.5s/mm。
全文摘要
一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅和銅合金及其制備方法，高強(qiáng)高導(dǎo)銅及銅合金是以純度為99.9％以上的高純陰極銅為基體加入合金元素，采用液態(tài)模鍛工藝成型。在該合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～1％的Ag、0.01％～0.5％的Mg、0.01％～0.3％的Ti、0.01％～0.2％的稀土元素鑭或鈰。其制備步驟為首先進(jìn)行銅或銅合金的真空熔煉，同時(shí)將模具清理好后進(jìn)行預(yù)熱，接著打開模具定量澆注后再合模，并施加壓力保壓成型，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固后才卸壓，隨即開模取工件。然后再將工件進(jìn)行時(shí)效處理或固溶與時(shí)效處理。
文檔編號(hào)B21J5/00GK101348873SQ200810018319
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者周啟波, 宋文明, 楊貴榮, 遠(yuǎn) 郝, 穎 馬 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)