一种高强度高导电性微硼铜合金材料及制备方法

摘要

一种高强度高导电性微硼铜合金材料，其成分按重量百分比为：0.01～0.2％的B、0.2～1.8％的稀有金属(稀有金属选自Zr、Te的一种或两种)、余量为Cu和不可避免的杂质。经熔炼及形变热处理后，制备出性能优良的铜基合金。所获得合金具有优越的综合性能，其抗拉强度530～600MPa、导电率78～95％IACS、延伸率≥12％、并且具有成本低、易回收再利用、易加工以及制备工艺简单等优点。本发明的铜合金材料主要适用于高速电气化铁路接触网导线、大规模集成线路引线框架、电极材料等领域，具有良好的工业应用前景。

权利要求

1.一种高强度高导电性微硼铜合金的制备方法，包括下述步骤：第一步：熔炼

按设计的合金各组分配比，分别称取硼、稀有金属及铜，在真空或大气中进行熔炼，熔炼温度为1200±50℃，铁模浇注成铸锭；所述合金各组分按重量百分比配比为：硼0.01～

0.2％，稀有金属0.2～1.8％，余量为Cu和不可避免的杂质，杂质的总含量不超过0.01％；

所述稀有金属选自Zr、Te中的至少一种；

第二步：一次固溶后热轧

将第一步熔炼后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行一次固溶处理后，再将所述合金加热至800～900℃实施应变量为40～70％的热轧；

第三步：二次固溶后进行轧制或拉拔

将第二步热轧后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行二次固溶处理后，于室温下实施应变量为70～95％轧制或拉拔；

第四步：时效

将第三步轧制或拉拔后的合金于300～500℃保温0.2～10小时后，水淬，即制得高强度高导电性微硼铜合金。

说明书

一种高强度高导电性微硼铜合金材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强度高导电性铜合金材料及制备方法，特别是指一种高强度高导电性微硼铜合金材料及制备方法；属于有色金属材料技术领域。

背景技术

[0002] 铜及其合金因具有良好的导电性能、导热性能、抗疲劳性能、化学稳定性及强度和易于制造等特点，在电力、机械、电子、交通及能源等行业已具有广泛的应用，成为重要的电子金属材料。随着经济与科学技术的快速发展，对高速电气化铁路接触网导线、大规模集成线路引线框架及电极材料等领域所用的高强高导铜合金性能提出了更高的要求。然而，由于铜合金自身的物理特性而导致很难同时兼顾其强度和导电性，最终很难获得强度和导电性俱佳的铜合金。

[0003] 目前，主要通过合金化法和复合材料法来解决铜合金高强度和高导电性的矛盾。复合材料法虽可获得超高强度铜合金，但其制备工艺复杂，不易规模化生产；合金化制备工艺较前者简单，目前得到广泛的应用，但仍然存在一些问题。申请号为02133772.1中国专利申请公布了一种接触网导线用铜合金材料，此种合金材料的成分为：合金含有重量百分比为0.1～1.2％Te、0.2～1.3％Mg、0.02～0.50％Li、余量为Cu和不可避免的杂质。其抗拉强度σb为523～576MPa、电导率为76～72.6％IACS，其综合性能比较差，不能很好地满足现代节能降耗的主题。申请号为200710066484.X中国专利申请公布了一种新型高强高导电铜合金及其制备方法，其实例2的合金成分为：1.0％Eu，1.0％Gd，1.0％Er，0.5％C，其余为铜，其抗拉强度＞600MPa，导电率＞80％IACS。虽然其性能基本满足要求，但其中添加了大量贵重的稀土元素，大大地提高其生产成本，而且不易回收再利用，有悖于可持续发展战略。因此，满足高强高导铜合金要求的同时，并且使铜合金具有生产成本低、易回收再利用、易加工和生产工艺简单等特点是本发明的主要任务之一。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、生产工艺简单、生产成本低、制备的铜合金具有高强度和高导电性、易回收再利用的高强度高导电性微硼铜合金及制备方法。

[0005] 本发明一种高强度高导电性微硼铜合金，由下述组份按重量百分比组成：

[0006] 硼 0.01～0.2％，

[0007] 稀有金属 0.2～1.8％，余量为Cu和不可避免的杂质，杂质的总含量不超过0.01％。

[0008] 本发明一种高强度高导电性微硼铜合金中，所述稀有金属选自Zr、Te中的至少一种。

[0009] 本发明一种高强度高导电性微硼铜合金的制备方法，包括下述步骤：

[0010] 第一步：熔炼

[0011] 按设计的合金各组分配比，分别称取硼、稀有金属及铜，在真空或大气中进行熔炼，熔炼温度为1200±50℃，铁模浇注成铸锭；

[0012] 第二步：一次固溶后热轧

[0013] 将第一步熔炼后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行一次固溶处理后，再将所述合金加热至800～900℃实施应变量为40～70％的热轧；

[0014] 第三步：二次固溶后进行轧制或拉拔

[0015] 将第二步热轧后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行二次固溶处理后，于室温下实施应变量为70～95％轧制或拉拔；

[0016] 第四步：时效

[0017] 将第三步轧制和拉拔后的合金于300～500℃保温0.2～10小时后，水淬，即制得高强度高导电性微硼铜合金。

[0018] 本发明采用上述组份配比，在铜基体中添加微量的硼以及Zr、Te；由于B具有很强的除氧能力，可在铜及其合金中形成纳米级金属间化合物，可以弥散地分布在晶界，从而抑制了氧从合金表面通过晶界扩散向内部渗透引起的合金开裂，从而在一定程度上提高了合金强度和软化温度。而Zr元素可以有效提高铜合金的再结晶温度，提高铜合金的热稳定性。Te元素在铜合金中主要是起沉淀强化作用，由于沉淀第二相的本征特性和在铜合金中分布的特殊性，Te不仅不降低纯铜的导电性，而且还具有一定的抗电弧性。

[0019] 本发明的微硼铜合金与现有的技术相比，具有以下优点：

[0020] 1.本发明的高强度高导电性微硼铜合金具有优良的综合性能：抗拉强度达540～600MPa，电导率75～92％IACS、硬度≥160HV，延伸率≥11％，根据使用能力的要求，可以适当改变成分含量来调整抗拉强度和电导率；

[0021] 2.本发明的高强度高导电性微硼铜合金加入的合金元素的量少，容易回收再利用，且材料成本低；

[0022] 3.本发明的生产工艺、设备要求简单，生产成本低，适合规模化生产，具有良好的工业应用前景。

[0023] 综上所述，本发明具有生产工艺简单、生产成本低和易回收再利用，适用于工业化的批量生产，具有一定的市场竞争优势，为工业界提供了一种综合性能优异的高性能铜合金材料；适用于高速电气化铁路接触网导线、大规模集成线路引线框架及电极材料等领域。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

[0025] 本发明提供8个实施例，合金组份分别为：

[0026] 1、Cu0.07B0.5Zr，

[0027] 2、Cu0.14B0.9Zr，

[0028] 3、Cu0.02B0.2Zr，

[0029] 4、Cu0.12B0.5Te，

[0030] 5、Cu0.06B0.5Te，

[0031] 6、Cu0.04B0.5Zr0.6Te

[0032] 7、Cu0.2B0.5Zr0.6Te

[0033] 8、Cu0.01B0.9Zr0.9Te

[0034] 采用下述工艺方法制备、处理；

[0035] 第一步：熔炼

[0036] 按设计的合金各组分配比，分别称取硼、稀有金属及铜，在真空或大气中进行熔炼，熔炼温度在1200±50℃，铁模浇注成铸锭；

[0037] 第二步：一次固溶后热轧

[0038] 将第一步熔炼后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行一次固溶处理后，再将所述合金加热至800～900℃实施应变量为40～70％的热轧；

[0039] 第三步：二次固溶后进行轧制和拉拔

[0040] 将第二步热轧后的合金加热到900～1000℃，保温0.5～1.5h，水淬，进行二次固溶处理后，于室温下实施应变量为70～95％轧制或拉拔；

[0041] 第四步：时效

[0042] 将第三步轧制和拉拔后的合金于300～500℃保温0.2～10小时后，水淬，即制得高强度高导电性微硼铜合金，编号依次为：1、2、3、4、5、6、7、8；其技术性能指标参见表1。

[0043] 表1

[0044]

[0045] 从表1的数据可以看出，采用本发明组份的微硼铜合金，其抗拉强度达540～600MPa，电导率75～92％IACS、硬度≥160HV，延伸率≥11％；在获得高强度的同时其导电率仍能保持良好的水平，能够很好的满足如今对高强高导铜合金材料性能要求，适用于高