專利名稱：銅基合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種高彈性、高強(qiáng)度、高導(dǎo)的銅基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航天、航空、船舶等工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)繼電器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)能力提出了更高的要求。從國(guó)內(nèi)繼電器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，小型化、高負(fù)載、高環(huán)境適應(yīng)能力是今后的發(fā)展方向，如某型號(hào)用1/5晶體罩繼電器(15.5mm×8.2mm×8.2mm)要求觸點(diǎn)負(fù)載DC28V、10A，且在環(huán)境溫度為-65～+125℃條件下正常工作?，F(xiàn)有電磁繼電器簧片彈性材料-銀鎂鎳合金已經(jīng)很難滿足使用要求，特別是銀鎂鎳合金在超過(guò)200℃條件下使用時(shí)的性能穩(wěn)定性直接影響型號(hào)的可靠性。
國(guó)內(nèi)電磁繼電器在型號(hào)工程上已經(jīng)廣泛使用，隨著國(guó)內(nèi)材料性能和工藝水平的提高，電磁繼電器的指標(biāo)有了明顯提高，但是，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有較大差距，主要體現(xiàn)為負(fù)載能力和力學(xué)性能指標(biāo)偏低。現(xiàn)用彈性材料鈹青銅帶的導(dǎo)電性能、強(qiáng)度以及高溫穩(wěn)定性制約著產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高。
國(guó)外在繼電器接觸簧片的材料研究方面已經(jīng)有所突破，80年代后期，前蘇聯(lián)、美國(guó)開始大量使用Cu-Ni-Al、Cu-Ni-Si等新型彈性銅合金。合金的上限工作溫度可達(dá)200℃，在淬火狀態(tài)下合金具有可塑性，時(shí)效處理后有較高的彈性和硬度，綜合性能優(yōu)于鈹青銅或銀鎂鎳合金，但其機(jī)械強(qiáng)度較差、電阻率相對(duì)較高。
多元合金材料存在較難克服的各種缺點(diǎn)，復(fù)合材料通過(guò)多年的迅速發(fā)展，越來(lái)越被材料科學(xué)工作者重視。因此研制一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性能、高彈性、耐高溫的復(fù)合彈性材料有利于提高型號(hào)用繼電器的可靠性，促進(jìn)型號(hào)小型化、現(xiàn)代化。同時(shí)新材料的研制成功，不僅可以為新型號(hào)的研制提供技術(shù)支持，也可以為現(xiàn)行的繼電器結(jié)構(gòu)改造提供技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠提高電磁繼電器的負(fù)載能力和力學(xué)性能指標(biāo)，提高其導(dǎo)電性能、強(qiáng)度以及高溫穩(wěn)定性。為此，采用以下技術(shù)方案將Cu合金與BeCu合金進(jìn)行疊層，制得復(fù)合材料。其中，Cu合金中Co6～10％，Ce0.5～1.5％，余量為Cu(重量百分比)；BeCu合金中Be1.5～2％，余量為Cu(重量百分比)。根據(jù)Cu合金與BeCu合金不同的層數(shù)，來(lái)調(diào)節(jié)Cu合金與BeCu合金的成份比，最終復(fù)合材料的重量百分比為Co0.33～2.2％，Ce0.03～0.33％，Be1.17～1.88％，余量為Cu，其結(jié)構(gòu)為Cu與BeCu合金相互疊合的層狀。
具體的工藝流程及工藝參數(shù)如下1、真空熔煉制得Cu合金，澆鑄成錠，并軋制成帶材，將BeCu合金帶材，Cu合金帶材裁成長(zhǎng)度和寬度分別相等的片材。
2、用真空爐在600℃～800℃溫度下對(duì)Cu合金片材進(jìn)行退火1～5小時(shí)，然后真空冷卻至室溫。
3、將BeCu合金片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm。
4、用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層在木炭保護(hù)下，在600℃～900℃下進(jìn)行退火1～6小時(shí)，然后進(jìn)行熱軋和冷軋制得復(fù)合片材。
本發(fā)明的技術(shù)方案中，決定復(fù)合材料界面層成份和厚度的工藝過(guò)程是本研究的關(guān)鍵。熱軋制過(guò)程和軋制型材的熱處理，決定了復(fù)合錠坯金屬間發(fā)生界面擴(kuò)散反應(yīng)的速度和最終界面層厚度。因此控制熱軋制及熱處理工藝條件是本研究的關(guān)鍵。本發(fā)明研究了銅合金基體成分和復(fù)合成分、CuBe1.9/Cu合金復(fù)合材料界面微觀結(jié)構(gòu)(相組成、界面層厚度等)對(duì)復(fù)合材料電學(xué)性能、力學(xué)性能等的影響、CuBe1.9/Cu合金復(fù)合材料錠坯的熱軋制工藝研究、CuBe1.9/Cu合金復(fù)合材料型材的制備和熱處理工藝研究、研究了CuBe1.9/Cu合金復(fù)合材料的成分和工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)以及性能的影響規(guī)律。
在上述研究的基礎(chǔ)上，篩選出最佳的合金配方和工藝條件參數(shù)，獲得了較好的性能指標(biāo)。各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了最佳狀態(tài)。實(shí)施例1的顯微硬度HV達(dá)190～212；抗拉強(qiáng)度達(dá)803～864MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)652～691MPa；電阻率達(dá)7.16μΩ·cm。實(shí)施例2的顯微硬度HV達(dá)362～386；抗拉強(qiáng)度達(dá)1142～1224MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)913～1077MPa；電阻率達(dá)7.37μΩ·cm。顯實(shí)施例3的微硬度HV達(dá)200～226；抗拉強(qiáng)度達(dá)872～903MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)722～754MPa；電阻率達(dá)7.69μΩ·cm。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1外購(gòu)0.29mm厚的BeCu合金帶材。Cu合金由真空熔煉制得，澆鑄成錠，并軋制成0.1mm厚的帶材。將BeCu合金，Cu合金帶材裁成長(zhǎng)度和寬度分別相等的片材。用真空爐在600℃～800℃溫度下對(duì)Cu合金片材進(jìn)行退火1～2小時(shí)，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm。用0.5mm～1mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護(hù))在600℃～800℃下進(jìn)行退火1～3小時(shí)，然后進(jìn)行熱軋制復(fù)合。軋至1～3mm后，淬火，道次變形量為10～20％。冷軋，道次變形量為10～18％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復(fù)合材料的重量百分比為Co0.36～0.8％，Ce0.03～0.12％，Be1.38～1.88％，余量為Cu。得到復(fù)合材料的最佳性能顯微硬度HV達(dá)190～212；抗拉強(qiáng)度達(dá)803～864MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)652～691MPa；電阻率達(dá)7.16μΩ·cm。
實(shí)施例2外購(gòu)0.29mm厚的BeCu合金帶材。Cu合金由真空熔煉制得，澆鑄成錠，并軋制成0.1mm厚的帶材。將BeCu合金，Cu合金帶材裁成長(zhǎng)度和寬度分別相等的片材。用真空爐在650℃～750℃溫度下對(duì)Cu合金片材進(jìn)行退火1～2小時(shí)，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，疊層的厚度為13mm～16mm。用0.5mm～1mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護(hù))在600℃～900℃下進(jìn)行退火1～3小時(shí)，然后進(jìn)行熱軋制復(fù)合。軋至1～3mm后，淬火，道次變形量為10～20％。冷軋，道次變形量為10～18％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復(fù)合材料的重量百分比為Co0.72～1.4％，Ce0.06～0.21％，Be1.29～1.76％，余量為Cu。得到復(fù)合材料的最佳性能顯微硬度HV達(dá)362～386；抗拉強(qiáng)度達(dá)1142～1224MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)913～1077MPa；電阻率達(dá)7.37μΩ·cm。
實(shí)施例3外購(gòu)0.29mm厚的BeCu合金帶材。Cu合金由真空熔煉制得，澆鑄成錠，并軋制成0.1mm厚的帶材。將BeCu合金，Cu合金帶材裁成長(zhǎng)度和寬度分別相等的片材。用真空爐在600℃800℃溫度下對(duì)Cu合金片材進(jìn)行退火1～5小時(shí)，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm。用0.5mm～1mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護(hù))在600℃～800℃下進(jìn)行退火1～6小時(shí)，然后進(jìn)行熱軋制復(fù)合。軋至1～3mm后，淬火，道次變形量為10～20％。冷軋，道次變形量為10～18％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復(fù)合材料的重量百分比為Co1.2～2.2％，Ce0.1～0.33％，Be1.17～1.6％，余量為Cu。得到復(fù)合材料的最佳性能顯微硬度HV達(dá)200～226；抗拉強(qiáng)度達(dá)872～903MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)722～754MPa；電阻率達(dá)7.69μΩ·cm。
權(quán)利要求
1.一種銅基合金復(fù)合材料，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比為Co0.36～2.2％，Ce0.03～0.33％，Be1.17～1.88％，余量為Cu，其結(jié)構(gòu)為Cu與BeCu合金相互疊合的層狀。
2.一種如權(quán)利要求1中所述的銅基合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于由下列步驟構(gòu)成(一)真空熔煉制得Cu合金，澆鑄成錠，并軋制成帶材，將BeCu合金帶材，Cu合金帶材裁成長(zhǎng)度和寬度分別相等的片材。(二)用真空爐在600℃～800℃溫度下對(duì)Cu合金片材進(jìn)行退火1～5小時(shí)，然后真空冷卻至室溫。(三)將片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm。(四)用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層在木炭保護(hù)下，在600℃～900℃下進(jìn)行退火1～6小時(shí)，然后進(jìn)行熱軋和冷軋，制得復(fù)合成片材。
3.如權(quán)利要求2中所述的銅基合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的BeCu合金中，Be的重量百分比1.5～2％，余量為Cu，所述的Cu合金中，Co的重量百分比為6～10％，Ce的重量百分比為0.5～1.5％，余量為Cu。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅基合金復(fù)合材料，其化學(xué)成分重量百分比為Co0.36～2.2％，Ce0.03～0.33％，Be1.17～1.88％，余量為Cu。其銅基合金復(fù)合材料的制備方法是由真空熔煉制得Cu合金。將BeCu合金帶材，Cu合金帶材真空進(jìn)行退火，然后將片材和Cu合金片材進(jìn)行表面處理后，對(duì)BeCu/Cu合金進(jìn)行疊層，用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層在木炭保護(hù)下，進(jìn)行退火，然后進(jìn)行熱軋和冷軋，制得復(fù)合成片材。得到最佳性能的復(fù)合材料，其顯微硬度HV達(dá)200～226；抗拉強(qiáng)度達(dá)872～903MPa；屈服強(qiáng)度達(dá)722～754MPa；電阻率達(dá)7.69μΩ·cm。
文檔編號(hào)C21D8/00GK101024321SQ20061001069
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者管偉明, 樊友煜, 張昆華, 陳松 申請(qǐng)人:貴研鉑業(yè)股份有限公司