[发明专利]一种铜基原位复合合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及含铜合金技术领域，特别涉及一种铜基原位复合合金及其制备方法。

背景技术

高速发展的现代工业对铜合金的性能提出了越来越高的要求，开发出性能优异的铜合金材料成为目前铜合金领域的研究热点之一。原位复合法是制备铜合金的有效方法，该方法通过熔铸手段控制铸态合金的结构，并经机械加工使合金中第二相沿加工方向变形而形成纤维或片层状结构以达到增强基体的目的。由于增强相是在合金中原位生成并直接加工而形成，不存在外部污染，界面结合牢固，可使复合材料得到显著强化。

由于Fe、Cr元素在铜基体中的固溶度极低，Cu-Fe、Cu-Cr原位复合合金兼具Fe或Cr的高强度和Cu的良好导电导热性能，其在电工开关、触头材料、电阻电极、大型高速涡轮发电机转子导线、电车及电力火车架空导线、超大规模集成电路引线框架、大功率真空高压开关等领域显示出广阔的应用前景。

然而，Cu-Fe或Cu-Cr原位复合合金在合金强化、形变强化、细晶强化等各种强化方式下，其导电率往往难以兼顾，即在提高材料强度的同时导电率会降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基原位复合合金及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备的铜基原位复合合金具有很高的导电率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜基原位复合合金，包含Cu、M和X元素，

其中，M元素为Fe或Cr；

X元素为Ag、P、B或稀土元素。

进一步地，当所述X元素为Ag或P时，所述铜基原位复合合金中各元素的质量分数分别为：

M 1～22％；

Ag或P 0.01～0.5％；

Cu余量。

进一步地，当所述X元素为B或稀土元素时，所述铜基原位复合合金中各元素的质量分数分别为：

M 1～22％；

B或稀土 0.001～0.5％；

Cu余量。

一种铜基原位复合合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：对Cu原料、M原料和X原料进行熔炼，得到金属液；

步骤二：将步骤一得到的金属液浇铸成铸锭；

步骤三：对步骤二得到的铸锭进行热锻或热轧后进行固溶处理；

步骤四：对步骤三得到的固溶处理后的产物进行冷轧处理和多道次冷拔处理，并在相邻两次冷拔处理之间进行分级时效处理和深冷处理，得到铜基原位复合合金。

进一步地，所述分级时效处理为双级时效处理，其中，

第一级时效处理的温度为200～300℃，第一级时效处理的时间为0.5～2小时；

第二级时效处理的温度为350～600℃，第二级时效处理的时间为0.5～2小时。

进一步地，所述深冷处理具体为将分级时效处理的产品浸入液氮，所述深冷处理的时间大于等于2小时。

进一步地，所述Cu原料为电解铜；

所述M原料为纯铁、纯铬、含铁合金或含铬合金；

所述X原料为铜磷合金、铜银合金、铜硼合金或者铜与稀土元素的合金。

进一步地，所述热锻或热轧的温度为700～950℃；

所述热锻或热轧的终点为铸锭发生20～30％的形变。

进一步地，所述固溶处理的温度为800～1000℃，

所述固溶处理的时间为0.5～5小时。

进一步地，所述冷轧处理的终点为铸锭发生30～40％的形变；

所述多道次冷拔处理的终点为按照ln(A₀/A)计算，最大应变量为7.5～8.5，

其中A₀和A分别为冷拔变形前后的材料截面积。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的制备方法采用深冷处理促进固溶在铜基体中的Fe或Cr原子以纳米级弥散粒子的形式析出，使铜基体得到净化，并同时强化铜基体，使得复合材料的强度与导电性能同时得到提高；采用分级时效处理进一步促进Fe或Cr原子的弥散析出，将纤维增强和纳米粒子弥散强化相结合，提高了复合材料的强度和导电性能。根据实验结果可知，本发明提供的铜基原位复合合金的导电率能够达到88％IACS；本发明提供的铜基原位复合合金的抗拉强度能够达到1180MPa。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

本发明提供了一种铜基原位复合合金，包含Cu、M和X元素，

其中，M为Fe或Cr；