一種用於手機充電器接頭的銅合金的製作方法
2024-02-15 00:55:15
本發明涉及一種銅合金，尤其涉及一種用於手機充電器的銅合金，屬於合金材料技術領域。
背景技術：
一般電子產品的連接頭(Connector)與電氣用品插銷(Pin)，稱為插頭。家用交流電源插頭與插座，有棒狀或銅板狀突出的公接頭，以物理方式插入有插槽或凹洞的母接頭型的電源插座。尺寸是關係到插頭插座和轉換器能否安全使用、是否滿足通用互換性要求以避免誤插入的一項重要技術要求。尺寸不合格會影響用戶使用或產生接觸不良、誤插入等隱患，輕則使設備損壞，重則會產生火災和觸電事故。
手機充電器大致可以分為旅行充電器、USB充電器、座式充電器和維護型充電器，一般用戶接觸的主要是前面兩種。而市場上賣得最多的是旅行充電器，旅行充電器的形式也有多種多樣。現在的手機充電器一般分轉換頭、線、與手機連接部三部分，與手機連接部的接頭一般為銅合金，在使用中接頭需要插入手機進行充電，因為充電頻率較高，會導致接頭上的銅合金受到磨損，進而影響手機充電器的使用壽命。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種導電性能好、強度高、耐磨性好的用於手機充電器接頭的銅合金。
本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金包括Mn0.05-0.30％、Zn0.8-1.2％、Ni0.35-0.5％、Si0.12-0.18％、Sn0.52-0.55％、Ag0.008-0.025％，餘量Cu。
本發明銅合金中不含Cr、Ti、Bi等常見元素，通過降低Ni的含量，提高Si、Sn的含量，並加入適量Ag，通過各元素之間產生的協同，大幅度提高銅合金的導電性、強度、衝壓性、抗應力、耐磨等性能，使其特別適用於手機充電器中的接頭。其中，Zn在Cu中的固溶度為39.9％，Sn在Cu中固溶度為15.8％，而Ni可以與Cu無限互溶，它們與銅形成連續固溶體，具有寬闊的單相區，它們能夠明顯地提高銅的機械性能。現有銅合金中的Sn含量一般都控制在0.5％以內，但是通過不斷試驗發現，在本發明銅合金中適當提高了Sn的含量，提高至0.52-0.55％，可以更有效地促進晶粒細化並且增加強度。適量的Mn可以提高銅合金的強度，又因為錳銅電阻溫度系很少，由於有同素異晶轉變，使銅錳合金固態下相變十分複雜，固相下具有調幅分解，變晶轉變等過程，進一步提高本發明銅合金的耐衝擊性能。而Si可以有限固溶於銅，固溶度隨著溫度變化而激烈的變化，當溫度從合金結晶完成之後開始下降時，它們在銅中的固溶度也開始降低，以金屬化合物或單質形態從固相中析出，當這些元素固溶於銅中，能夠明顯地提高其強度，具有固溶強化效應，當它們從固相中析出時，又產生了彌散強化效果，導電和導熱性能得到了恢復，加入Si既可以提高銅合金的強度和抗應力，又可以提高合金的導電率。但若在本發明若Si的含量低於0.1％則無法發揮Si的效果，而若Si的超過0.18％，則會大大影響合金的導電率。更為本發明銅合金中添加有適量的Ag能促進合金的衝壓性、抗應力和強度，尤其當合金在時效狀態時，添加了Ag的上述銅合金可進一步改進抵抗高溫應力的性能。
作為優選，所述的銅合金包括Mn0.08-0.25％、Zn0.85-1.1％、Ni0.38-0.45％、Si0.14-0.16％、Sn0.52-0.54％、Ag0.01-0.022％，餘量Cu。
作為優選，所述的銅合金還包括Al0.18-0.25％。和其他合金元素相比，鋁不僅可增加銅水的流動性，改善該合金材料的鑄造性能，還能最顯著地提高銅合金的強度。由於鋁標準電位相對於鋅更負，因而有著更大的離子化趨向，優先於環境中的氧結合，優先形成微密而堅硬的氧化鋁膜，可以防止合金的進一步氧化，形成的Al2O3膜有阻滯基體腐蝕的作用。在本發明中加入鋁，會使α相區明顯地移向銅角。當鋁含量高時會出現硬而脆的γ相，提高合金的強度和硬度。同時大幅度降低其塑性。但是過量的鋁元素反而會在銅水液面產生大量的鋁氧化膜，使銅液中夾渣亦在後續澆鑄銅鑄件時形成夾層，造成鑄件缺陷的產生。當銅合金中含有Sn、Ti、Ni、Bi等元素一起作用時，Al在銅合金中的作用可最大化地發揮。
作為優選，銅合金中Ni與Si的質量比為2-3:1。在本發明銅合金合金中Ni的主要作用為使組織細化，提高衝擊韌性，特別是配合Si加入，可形成NiSi耐磨質點，提高材料的耐磨損性能，同時鎳能在一定範圍內擴大α相區，增加α相比例，對耐磨質點起到保護作用，防止耐磨質點在摩擦過程中大量脫落的現象，但過高的鎳含量會造成α相過多，導致材料的機械性能下降，因此在本發明銅合金合金中加入鎳和矽，且當Ni與Si的含量比控制在2-3：1時兩者的效果更佳。
本發明的另一個目的在於提供一種上述用於手機充電器接頭的銅合金的加工方法，所述的加工方法包括如下步驟：將上述銅合金原料經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造得銅合金成品。銅合金成品可以通過各種加工成型方法製成手機充電器接頭。
進一步優選，所述的低壓鑄造為以下幾個階段：
升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；
充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；
結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；
增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；
保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；
卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
本發明的銅合金通過如上六階段的鑄造工藝鑄造成型，進一步提高合金中組織的緻密性，進而提高其導電率、力學性能，使其適用於手機充電器的接頭。
卸壓後脫模前還包括固溶時效處理。
所述的固溶時效為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
使用分級固溶時效主要是針對本發明不同的元素配比，使合金元素能夠充分固溶到Cu中，發揮合金元素的強化作用，並且在提高硬度的同時，減少合金中的應力，提高銅合金的耐磨性。
與現有技術相比，本發明的銅合金配伍合理，通過各元素之間產生的協同作用，並通過六階段的鑄造工藝製成，進一步提高其導電率、耐磨性、力學性能等，使本發明銅合金適用於手機充電器的接頭。
具體實施方式
以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。
實施例1
一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金為Mn0.15％、Zn0.92％、Ni0.42％、Si0.15％、Sn0.53％、Ag0.015％、Al0.22％，餘量Cu。
將上述銅合金經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造、固溶時效處理得用於手機充電器接頭的銅合金。
所述的低壓鑄造為以下幾個階段：升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
所述的固溶時效處理為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
實施例2
一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金為Mn0.08％、Zn1.1％、Ni0.38％、Si0.16％、Sn0.52％、Ag0.022％、Al0.18％，餘量Cu。
將上述銅合金經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造、固溶時效處理得用於手機充電器接頭的銅合金。
所述的低壓鑄造為以下幾個階段：升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
所述的固溶時效處理為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
實施例3
一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金為Mn0.25％、Zn0.85％、Ni0.45％、Si0.15％、Sn0.54％、Ag0.01％、Al0.25％，餘量Cu。
將上述銅合金經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造、固溶時效處理得用於手機充電器接頭的銅合金。
所述的低壓鑄造為以下幾個階段：升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
所述的固溶時效處理為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
實施例4
一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金為Mn0.05％、Zn1.2％、Ni0.35％、S0.18％、Sn0.52％、Ag0.025％、Al0.18％，餘量Cu。
將上述銅合金經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造、固溶時效處理得用於手機充電器接頭的銅合金。
所述的低壓鑄造為以下幾個階段：升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
所述的固溶時效處理為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
實施例5
一種用於手機充電器接頭的銅合金，所述的銅合金為Mn0.30％、Zn0.8％、Ni0.5％、Si0.12％、Sn0.55％、Ag0.008％，餘量Cu。
將上述銅合金經粗煉、精煉、冷卻、低壓鑄造、固溶時效處理得用於手機充電器接頭的銅合金。
所述的低壓鑄造為以下幾個階段：升液階段：升液階段在前15s內，相對壓力從0MPa上升至0.02MPa；充型階段：充型階段在第15-35s內，相對壓力從0.02MPa上升到0.08MPa；結殼階段：結殼在第35-50s內，相對壓力從0.08MPa上升到0.10MPa；增壓階段：結殼在第50-70s內，相對壓力從0.10MPa上升到0.15MPa；保壓結晶階段：保壓結晶階段在第20-250s內，相對壓力保持在0.15MPa；卸壓階段：卸壓階段在第250-350s內，相對壓力從0.15MPa降到0MPa。
所述的固溶時效處理為：
(1)520-550℃溫度下，保溫1.5～2h，鹽水冷卻；
(2)280-350℃溫度下，保溫2～3h，水冷卻；
(3)150-180℃溫度下，保溫3～5h，自然冷卻。
對比例1
現有技術中普通的銅合金。
對比例2
採用如實施例1中所述的銅合金通過普通加工方法成型。
對比例3
採用普通銅合金通過如實施例1中所述的方法加工成型。
表1：實施例1-4及對比例1-3中的動觸點彈板的性能
綜上所述，本發明的銅合金配伍合理，通過各元素之間產生的協同作用，並通過六階段的鑄造工藝製成，進一步提高其導電率、耐磨性、力學性能等，使本發明銅合金適用於手機充電器的接頭。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。