[发明专利]一种高强度高导电率铜合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜合金材料制备方法，特别是一种高强度高导电时效型铜合金的制备方法，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

高强高导铜合金广泛应用于引线框架、电焊电极、开关触头、电力火车架空导线等领域，也可用于与导电性无直接关系的热交换环境中；目前，高强高导铜合金主要是Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Cd、Cu-Ni、Cu-Fe、Cu-Ag、Cu-Nb等合金及其复合材料，时效型铜合金高强高导化过程中，遇到的首要问题是少量的合金元素强化效果不明显，大量的合金元素会恶化合金的导电性能；目前，主要采取固溶强化、析出强化、弥散强化和偏聚析出等冶金强化方法，冶金强化方法获得的高强度铜合金，由于过量合金元素对导电性能的恶化，因此其应用推广受到很大限制。

时效型铜合金长期以来一直存在强度与导电率之间此消彼长的矛盾，即电导率高则强度非常低，强度高则电导率很难提高；研制高强高导铜合金的基本原理是，采用低固溶度的合金元素加入铜中，通过高温固溶处理，合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体，电导率恶化，强度提高，通过挤压、拉拔或轧制等变形加工，可以进一步提高强度；时效处理后，过饱和固溶体分解，大量的合金元素以沉淀相析出于铜基体中，电导率迅速提高，同时由于时效析出相的强化作用，因而仍保持较高强度；Cu-0.5%Cr合金是典型的析出强化型铜合金，热处理后具有较高的强度（~450MPa）和硬度，良好的导电（~80%IACS）、导热性和耐磨性，同时具有较高的抗软化温度，保证了其热稳定性，但存在高温脆性开裂和易于过时效等问题，Cu-0.1%Zr合金虽没有Cu-Cr系合金的脆性开裂和过时效问题，但析出物易长大，造成强度偏低，仅靠单一的添加元素和析出相来强化的铜合金材料，其电导率虽高，但强度普遍偏低。

为了解决铜铬锆合金晶粒粗大，成分偏析问题，发明专利“环境友好型铜铬锆电工合金”（专利号：200510048661.2）通过添加镁、钐和钇微量金属元素，利用喷射沉积制备合金锭坯，然后进行挤压、拉拔等加工各种形状的材料，尽管抗拉强度和电导率分别达到730MPa、76%IACS，但是大规模生产时存在多元微量金属元素、生产工艺的精确调控等问题。

针对铜铬、铜锆和铜铬锆时效硬化合金，发明专利（专利号：200510121573.0）通过连续铸造获得细长件，然后进行拉拔和时效处理，该发明避免了热挤压，缩短铜合金制造工艺，但是产品形状相对单一。

发明内容

本发明目的在于提供一种高强度高导电时效型铜合金的制备方法，克服单一组元强化效果有限，减少过量元素对导电性的不利影响，避免多元多相强化生产时合金成分难以控制的问题，在不改变样品形状和尺寸的情况下，获得超细晶，充分发挥细晶强化和时效强化作用。在组织在超细化过程中，样品的形状、尺寸没有发生变化，易与挤压、拉拔或轧制等加工工艺相结合，可以生产期望形状的产品。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所述的时效型铜合金包括铜铬（Cu-Cr）、铜锆（Cu-Zr）和铜铬锆（Cu-Cr-Zr），其中Cr的含量为0.1~0.6%，Zr的含量为0.01~0.5%，主要包括如下步骤：

（1）按上述重量百分比，分别秤取一定量的Cr、Zr和Cu，采用混合熔炼，熔铸成Cu-Cr、Cu-Zr或Cu-Cr-Zr合金；

（2）对铸锭进行固溶处理，固溶温度为900~1000℃，固溶时间为0.5~2h；

（3）在室温下对固溶处理的铜合金进行等通道变形，变形道次为4或8次，每道次变形均不旋转试样；模具内角φ为90～120°，模具外角ψ为0～30°；

（4）最后对工件进行时效处理，时效温度为400~480℃，时效时间为0.5~1.5h。

上述的制备方法中，对等通道变形后的Cu-Cr、Cu-Zr或Cu-Cr-Zr合金进行挤压、拉拔或轧制加工再进行时效处理。

本发明的显著优点是：

（1）利用强烈塑性变形对铜基体和固溶体超细化，从而在超细晶基体上获得弥散分布的纳米强化相；

（2）时效强化是开发高强高导铜合金普遍采用的强化方式，本发明充分发挥细晶强化和时效强化的协同作用，在添加适量的合金元素情况下，使时效型Cu-Cr、Cu-Zr和Cu-Cr-Zr合金高强高导化；

（3）由于等通道强烈塑性变形不改变试样形状和尺寸，并且易与挤压、拉拔或轧制加工工艺相结合，产品形状不受限制；