無鈹多元銅合金的製作方法
2023-05-16 13:51:36 3
專利名稱：無鈹多元銅合金的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬功能材料領域，該合金可應用在電阻焊電極、導電結構件、模具材料等要求具有高導電(導熱)高強度(硬度)等產品。
背景技術：
高導高強銅合金是一類有優良綜合物理性能和力學性能的結構功能材料，廣泛應用於電阻焊、電力、電子、機械製造等工業領域。專利《高強度高導電稀土銅合金及其製造方法》、《用於焊機電極的高強度、高導電性銅合金》主要介紹了 Cu-Cr系和Cu-Cr-Zr系高導高強銅合金。但由於該合金系的硬度相對較低，布氏硬度最高不超過150，其強度和硬度的較低而限制了其應用領域。含鈹元素的Cu- (Ni、Co) -Be系銅合金作為高導高強電阻焊電極材料，具有良好的耐磨性和高的軟化溫度，是一種較為理想的電阻焊電極材料，如專利《可時效硬化的銅合金》和《低鈹多元銅合金》、《能時效硬化的銅合金的應用》報導了含鈹元素的高導高強銅合金，因其良好的綜合性能被廣泛應用。研製開發的高導高強電極銅合金採用微合金化法，通過多元素的複合強化提高合金的強度，以獲得一種無毒鈹元素的高導高強銅合金。
發明內容
解決的技術問題本發明針對上述材料的缺點，充分利用我國的豐富的稀土資源， 採用微合金化法，製備了無鈹多元銅合金，其特點是在合金中加入Co元素和Zr、Si、Ti、稀土元素。一方面Zr、Si、Ti的加入以替代Be元素，使製備的合金無毒；另一方面，Zr、Si、 Ti元素的加入形成多元複合強化的效果，提高了合金的強度。合金的強化相主要有Zr粒子、Cu3Zr、Co2Si、CoTi。技術方案無鈹多元銅合金，基於質量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I
0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，餘量為Cu和不可避免的雜質，所述雜質含量 (0. 3%。無鈹多元銅合金，基於質量百分率，含有所述Co :1. 8% ；Ti 0. 5% ；Zr :0. 1% ；RE
0.1% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。無鈹多元銅合金，基於質量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I 0. 6%，Zr:
0.05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%，餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質
含量彡0. 3%o無鈹多元銅合金，基於質量百分率，含有Co, 2. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ； Si，0. 4% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量彡0. 2%。上述無鈹多元銅合金，RE為Ce — La混合稀土。
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有益效果
合金鑄態組織存在偏析，第二相幾乎是沿著粗大樹枝晶邊緣生成，且呈針狀和小塊狀; 而經熱鍛後合金偏析得到明顯改善，為下一步熱處理作組織準備，同時合金組織中有大量的未溶第二相和少量的孿晶；合金經固溶後的組織由過飽和a固溶體和少量的第二相組成，由於淬火應力的作用，晶粒內產生了許多孿晶。合金經固溶處理+冷加工變形+時效處理後組織由a-Cu+交錯孿晶+時效強化相組成。稀土元素的加入不僅淨化銅合金的成分， 消除枝狀晶、細化晶粒，還可以提高銅及其合金的導電性、熱強性和熱加工性。合金時效強度取決於位錯與脫溶相質點的相互作用。當運動位錯遇到脫溶質點時，在質點周圍生成位錯環或以切過質點的方式通過脫溶質點的阻礙，因此合金的強度和硬度取決於析出相及其分布和大小。合金經時效後基析出強化相有Cu3Zr、C O2Si, CoTi, Zr粒子組成；Zr不僅可以細化金屬基體,而且Zr還促進了 Co2Si、CoTi相的析出，同時，Zr 還形成了 Cu3Zr強化相。由於這幾種析出相的同時存在，有著疊加強化的效果，比單一析出相的強化效果要顯著，合金可獲得良好的綜合性能。本合金硬度達190 240HB，電導率達30 46%IACS，軟化溫度大於500°C。在電阻焊過程有著優越的耐磨性，合金使用壽命比CuCrZr合金提高3_5倍。可廣泛應用於電阻焊電極、導電結構件和模具用銅合金。
具體實施例方式實施例I :
一種無鈹多元高導高強銅合金
I、原料準備電解銅、純Co、純Zr、純Si、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質量分數計，合金成份為-.Co, 2. 2% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，稀土，0. 1% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。2、在真空爐中製備Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE和Cu-Ti中間合金所述中間合金中Si 8%wt、Zr 4%wt、RE 5%wt、T i :10%wt ；
3、非真空熔鑄形成鑄錠將電解銅板置於坩堝底部，加入適量玻璃和硼砂(以覆蓋液態金屬表面為目的，實際玻璃加入量根據實際生產情況而定，玻璃與硼砂質量比為5:1)，升溫至電解銅熔化，根據合金成份按比例由加料鬥加入中間合金，其中Si、RE和Zr燒損按 10%wt左右計，Ti燒損按15%wt左右計，加料順序為Cu-Si、Cu-RE, Cu-Zr和Cu_Ti，靜置幾分鐘後進行澆鑄形成鑄錠；澆鑄溫度為1250°C左右。4、鑄錠的熱機械處理
熱鍛(或熱擠)一固溶處理一冷加工變形(冷鍛或冷軋)一時效處理其中熱鍛(或熱擠)溫度為750°C 920°C ;固溶溫度為950°C時間為I 3小時(根據工件大小確定保溫時間)；冷加工變形量20% 50% ;時效溫度為480°C，時間為3小時。5、合金性能合金經熱機械處理後，硬度達220HB，導電率達40%IACS，軟化溫度大於500°C。合金具有良好的綜合性能，可廣泛用於模具材料等領域。
實施例2
一種無鈹多元高導高強銅合金I、原料準備電解銅、純Co、純Zr、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質量分數計， 合金成份為Co, I. 8% ；Ti,0. 5% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，
其中雜質含量< 0. 2%。2、真空熔鑄形成鑄錠將鈷片先置於坩堝底部，加入電解銅板，抽真空至IOPa以內，升溫。待電解銅熔化，根據合金成份按比例由加料鬥加入純Ti、純Zr和混合稀土 RE，其中，Ti、Zr和RE按5%左右燒損計，Ti按10%左右燒損計，靜置幾分鐘後進行真空澆鑄形成鑄錠；澆鑄溫度為1250°C左右。3、鑄錠的熱機械處理
熱鍛(或熱擠)一固溶處理一冷加工變形(冷鍛或冷軋)一時效處理其中熱鍛(或熱擠)溫度為750°C 920°C ;固溶溫度為950°C時間為I 3小時(根據工件大小確定保溫時間)；冷加工變形量20% 50% ;時效溫度為480°C，時間為3小時。4、合金性能合金經熱機械處理後，硬度達200HB，導電率達44%IACS，軟化溫度大於500°C。合金具有良好的綜合性能，可用於電阻焊電極。
實施例3
一種無鈹多元高導高強銅合金
I、原料準備電解銅、純Co、純Zr、純Si、純Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按質量分數計，合金成份為-.Co, 2. 2% ；Si,0. 6% ；Ti,0. 2% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 2% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量 Zr 4%wt> RE 5%wt > Ti 10%wt ；
3、非真空熔鑄形成鑄件將電解銅板置於坩堝底部，加入適量玻璃和硼砂(以覆蓋液態金屬表面為目的，實際玻璃加入量根據實際生產情況而定，玻璃與硼砂質量比為5:1)，升溫至電解銅熔化，根據合金成份按比例由加料鬥加入中間合金,其中Si、RE和Zr燒損按10%wt 左右計，Ti燒損按15%wt左右計，加料順序為Cu-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu_Ti，靜置幾分鐘後澆入預先造好型的砂型中形成鑄件；澆鑄溫度為1250°C左右。4、鑄件的熱處理
固溶處理一時效處理
固溶溫度為950°C時間為I 3小時(根據工件大小確定保溫時間);時效溫度為480°C， 時間為3小時。5、合金性能鑄件經熱處理後，硬度達195HB，導電率達35%IACS，軟化溫度大於 500°C。合金具有良好的綜合性能，可廣泛用於大型導電結構件領域。
實施例4
同實施例I的一種無鈹多元高導高強銅合金，其不同之處在於所述高導高強銅合金化學成份組成及質量百分率為，Co，1.9%;Si，0. 5%；Ti,0. 3% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。
實施例5 同實施例I的一種無鈹多元高導高強銅合金，其不同之處在於所述高導高強銅合金化學成份組成及質量百分率為，Co, 2. 4% ；Si,0. 1% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 2%，混合稀土，0. 2% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。
實施例6
同實施例I的一種無鈹多元高導高強銅合金，其不同之處在於所述高導高強銅合金化學成份組成及質量百分率為，Co, 2. 0% ；Si,0. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，混合稀土，0. 15% ； 餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。
實施例7
同實施例3的一種無鈹多元高導高強銅合金，其不同之處在於所述高導高強銅合金化學成份組成及質量百分率為，Co, 2. 5% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 15% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量< 0. 2%。
權利要求
1.無鈹多元銅合金，其特徵在於基於質量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，餘量為Cu和不可避免的雜質，所述雜質含量 (0. 3%。
2.根據權利要求I所述的無鈹多元銅合金，其特徵在於基於質量百分率，含有所述Co 1.8%；Ti 0. 5% ；Zr 0. 1% ；RE :0. 1%;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量 (0. 2%。
3.無鈹多元銅合金，其特徵在於基於質量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%, Zr :0. 05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%,餘量為 Cu 和不可避免的雜質， 其中雜質含量< 0. 3%。
4.根據權利要求3所述的無鈹多元銅合金，其特徵在於基於質量百分率，含有Co，2.2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ；Si,0. 4% ;餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量 (0. 2%。
5.上述任一權利要求所述的無鈹多元銅合金，其特徵在於所述RE為Ce— La混合稀土。
全文摘要
無鈹多元銅合金，基於質量百分率，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，餘量為Cu和不可避免的雜質，所述雜質含量≤0.3%；或，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，Si0.1～0.6%，餘量為Cu和不可避免的雜質，其中雜質含量≤0.3%。本合金硬度達190～240HB，電導率達30～46%IACS，軟化溫度大於500℃。在電阻焊過程有著優越的耐磨性，合金使用壽命比CuCrZr合金提高3-5倍。可廣泛應用於電阻焊電極、導電結構件和模具用銅合金。
文檔編號C22C9/06GK102534299SQ20121002485
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者吳宇寧, 戴安倫, 朱治願 申請人:南京達邁科技實業有限公司, 江蘇科技大學