一種銅基稀散元素合金材料的製作方法

2023-10-17 05:36:49

本發明涉及銅合金材料領域，具體來說是一種含有稀散元素的高純度銅合金材料。

背景技術：

銅是經常要使用的一種金屬材料，銅的導電性、介電損耗、脆性、塑性等和銅的微觀結構會密切的關係，結構缺陷將會影響到這些性能。

上述結構缺陷與銅的凝固、固態轉變、擴散等過程有及其密切的關係，通常缺陷有點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷，並且這些缺陷隨著外界的條件變化也在不同的變化，進一步影響到銅的相關性能。

在銅的凝固過程中，加入一些孕育劑或者晶粒細化劑，選取合適的凝固時間和溫度，可獲得適宜的成核和晶粒成長速率，從而控制晶粒尺寸，形成較小的晶粒，實現細化。

對銅合金材料來說，影響電導率的因素主要有固溶原子、雜質、空位、位錯以及晶界對電子的散射作用。

技術實現要素：

本發明的目的在於：針對現有技術中銅電導率差銀成本高的問題，提供一種銅基稀散元素合金材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：

步驟1：取銅原料；

步驟2：調節真空感應熔爐中的真空度為：0.5-0.7，通過惰性氣體，並進行抽真空，將熔爐內的真空度控制在0.5-0.7；

步驟3：向熔爐中加入銅料，並進行加熱熔爐，通過控制功率控制熔化銅的氣泡均勻，在坩堝底部通過惰性氣體進行攪拌；

步驟4：在溫度為1190℃-1300℃下加入銅原料質量份數為0.01%-0.05%鈷、0.01%-0.05%鎳元素；

步驟5：通入氬氣，將真空度控制在0.2-0.3之間，將溫度控制在1300℃-1500℃之間，加入微量稀散元素鎵，鎵重量比為銅料的0.001-0.01%，以及銅料0.01%-0.05%稀土元素銫。

步驟6：進行進一步精煉，在超聲波狀態下進行冷卻結晶處理；

步驟7：擠壓、拉伸成銅絲。

本發明所述的銅原料可以選一次電解後的高純度銅原料，但是本發明公開的技術方案對銅原料純度為99.99%具有優異的效果，可將電導率銅料的電導率提高到101%以上，所以在優選的方式中，選擇99.99%的銅原料，通常是一次電解的銅原料。在本發明中通入惰性氣體，主要在與出去水分和有害氣體，將真空度保持在0.5-0.7，可以有效的保持低壓，增大真空熔融的淨化效果，實驗發現，在本發明中通過在坩堝底部通入惰性氣體，能夠有效的進行攪拌，一方面可以將熔體深層的有害雜質進行去除，另一方面能夠使得熔體均勻，有利於結晶，提高結晶的緻密性。加入適量的鈷元素和鎳元素可以有效的進行除雜、提高晶體的結晶均勻和緻密性，降低局部缺陷，提高銅合金的電導率，實驗發現加入的銫元素基本都留在了銅合金中，並且加相對於不加，電導率有較大提高，猜想銫元素的加入和一些有害雜質形成有化學物，並且能夠溶於銅合金金屬當中。實驗發現，上述元素的加入還並不得使得電導率有巨大的提高，為了使得晶體更加緊密，本發明發現通過超聲波可以取得非常好的效果，其中超聲波對結晶的影響也是非常多面的，在一些波段中，超聲波影響較小，在一些波段中，超聲波效果比較突出，而功率超過一定值時，會導致晶粒被擊碎，效果比較差，本發明發現在頻率範圍為1mhz-5mhz，功率為m*50w～m*100w下，結晶效果最好，其中m為銅合金熔體的質量。

上述各組分的含量不是獨立存在的，為了達到較高電導率，其組分之間會有一定的相互影響性，而通過實驗發現上述合金元素各量和超聲波的配合可以充分的降低晶粒、提高銅晶體的緻密性，提高電導率。在實驗中在採用其他合金元素或者其他含量和超聲波的配合時，並不具有相應的效果，所以，本發明中特定合金元素和含量和超聲波配合是本發明核心點所在，但同時，在沒有超聲波的刺激下，該合金元素的加入通常情況下可以提高力學性能，對電導率影響不大。綜上，本發明公開的合金元素的加入，能夠充分的對銅進行除雜、並增大了強度、提高了銅晶體的緻密性，提高了電導率。

作為優選，步驟二中真空度為0.6。

作為優選，步驟三在坩堝底部進入的惰性氣體為氦氣。

作為優選，所述步驟4中的鈷重量份數為0.02%，鎳元素質量份數為0.02%。

作為優選，步驟5中的真空度控制在0.3。

作為優選，，超聲波的頻率範圍為1mhz-5mhz，所述的超聲波的功率為m*50w～m*100w,其中m為銅合金熔體的質量。

本發明公開了一種銅合金高電導率材料，按照本發明所公開的方法製備得出。

本發明公開的製備方法，雜質含量少，純度高，晶體緻密，電導率可達101%以上。

具體實施方式。

具體實施例1：首先取純度為99.99%銅原料，調節真空感應熔爐中的真空度為：0.6，通過惰性氣體，並進行抽真空，將熔爐內的真空度控制在0.6；向熔爐中加入銅料，並進行加熱熔爐，通過控制功率控制熔化銅的氣泡均勻，在坩堝底部通過氦氣進行攪拌；其次在溫度為1200℃-1300℃下加入銅原料質量份數為0.01%鈷、0.01%鎳元素；之後通入氬氣，將真空度控制在0.2-0.3之間，將溫度控制在1300℃-1500℃之間，加入微量稀散元素鎵，鎵重量比為銅料的0.001%，以及銅料0.01%稀土元素銫；最後，進行進一步精煉，在超聲波（聲波的頻率為1mhz，所述的超聲波的功率為m*50w,其中m為銅合金熔體的質量）狀態下進行冷卻結晶處理，擠壓、拉伸成銅絲，測得電導率為101%。

具體實施例2：首先取純度為99.99%銅原料，調節真空感應熔爐中的真空度為：0.7，通過惰性氣體，並進行抽真空，將熔爐內的真空度控制在0.7；向熔爐中加入銅料，並進行加熱熔爐，通過控制功率控制熔化銅的氣泡均勻，在坩堝底部通入氦氣進行攪拌；其次在溫度為1200℃-1300℃下加入銅原料質量份數為0.03%鈷、0.03%鎳元素；之後通入氬氣，將真空度控制在0.2之間，將溫度控制在1300℃-1500℃之間，加入微量稀散元素鎵，鎵重量比為銅料的0.01%，以及銅料0.05%稀土元素銫；最後，進行進一步精煉，在超聲波（聲波的頻率範圍為5mhz，所述的超聲波的功率為m*100w,其中m為銅合金熔體的質量）狀態下進行冷卻結晶處理，擠壓、拉伸成銅絲，測得電導率為101.5%。

具體實施例3：首先取純度為99.99%銅原料，調節真空感應熔爐中的真空度為：0.5，通過惰性氣體，並進行抽真空，將熔爐內的真空度控制在0.5；向熔爐中加入銅料，並進行加熱熔爐，通過控制功率控制熔化銅的氣泡均勻，在坩堝底部通過惰性氣體進行攪拌；其次在溫度為1190℃-1300℃下加入銅原料質量份數為0.02%鈷、0.02%鎳元素；之後通入氬氣，將真空度控制在0.3之間，將溫度控制在1300℃-1500℃之間，加入微量稀散元素鎵，鎵重量比為銅料的0.005%，以及銅料0.04%稀土元素銫；最後，進行進一步精煉，在超聲波（聲波的頻率範圍為3mhz，所述的超聲波的功率為m*100w,其中m為銅合金熔體的質量）狀態下進行冷卻結晶處理，擠壓、拉伸成銅絲，測得電導率為100%

具體實施例4：首先取純度為99.99%銅原料，調節真空感應熔爐中的真空度為：0.5，通過惰性氣體，並進行抽真空，將熔爐內的真空度控制在0.5；向熔爐中加入銅料，並進行加熱熔爐，通過控制功率控制熔化銅的氣泡均勻，在坩堝底部通過惰性氣體進行攪拌；其次在溫度為1200℃-1300℃下加入銅原料質量份數為0.01%鈷、0.01%鎳元素；之後通入氬氣，將真空度控制在0.2之間，將溫度控制在1300℃-1500℃之間，加入微量稀散元素鎵，鎵重量比為銅料的0.006%，以及銅料0.05%稀土元素銫；最後，進行進一步精煉，在超聲波（聲波的頻率範圍為2mhz，所述的超聲波的功率為m*100w,其中m為銅合金熔體的質量）狀態下進行冷卻結晶處理，擠壓、拉伸成銅絲，測得電導率為101.8%。