[发明专利]一种高强度高电导率铜铬锆合金及其低温变形制备方法

说明书

本发明涉及铜合金及其应用领域，具体涉及一种高强度高电导率铜铬锆合金及其低温变形制备方法。该合金的化学成分质量百分比为：铬0.2～1.5％，锆0.05～0.2％，其余为铜及不可避免的杂质。该合金典型的组织为具有纳米尺度变形结构的铜基体和弥散分布的铬颗粒。其中典型的纳米结构为变形孪晶束，孪晶层片厚度20～100纳米，孪晶束尺寸数微米至数百微米。弥散分布的铬颗粒粒径在10～100纳米。该合金具有700MPa级别强度，同时电导率在78～82％IACS范围。该合金的制造包括合金坯熔铸热加工及低温变形两部分。本发明合金具有强度高、电导率高、软化温度高、耐磨、焊接性优良等特点，可适用于现有铜铬锆合金使用领域，以及对强度‑电导率有更高要求的领域。

技术领域

本发明涉及铜合金及其应用领域，具体涉及一种以纳米孪晶结构和弥散铬颗粒强化的高强度高电导率铜铬锆合金，以及以低温变形为主要特点的制造方法。

背景技术

随着电力电子、高速轨道交通等行业的高速发展，对导电零部件轻量化、低能耗等提出越来越高的要求，这就要求其中关键导电零部件如引线框架、高速铁路接触线等使用的导电材料同时具有高电导率和更高的强度。现有高强高导材料以铜合金为主。这类合金其以优异的成型能力、适中的价格、较高的强度、高韧性、优良的连接性能、高电导率和高热导率等特点，仍将是未来相当长时间内最重要的导体材料之一。

高电导率纯铜及铜合金作为导电材料应用中面临的最大问题是强度不足(高纯铜室温屈服强度在50MPa左右)。合金化、塑性变形以及复合化等方法都可以在相当大的范围调控铜的强度及其他力学性能，但目前各种强化金属材料的方式都会不同程度地导致电导率的损失，即提高强度时通常伴随电导率的显著下降。目前主要的高强度高电导率导电铜合金大都使用低合金含量的沉淀强化体系，沉淀强化铜合金经过人工时效处理使固溶其中的合金元素以沉淀相的形式析出，一方面降低铜基体中的固溶合金元素含量，提高电导率，一方面沉淀相的析出提高合金强度。目前常见的沉淀强化高强度高电导率铜合金有Cu-Be、Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr等等。在保持较高电导率的前提下，合金体系选择受限，使沉淀强化程度受限，继续提高强度仍十分困难。例如常用的C70250合金，其强度可达600MPa级别，但电导率只有40～50％IACS。在此基础上发展的C70350合金，强度可以提高至800MPa，但电导率仍不高于50％IACS。C18200合金电导率达到80％IACS级别，但强度只有400MPa左右。

Cu-Cr及Cu-Cr系合金中Cr的固溶度极低，因此具有较高的电导率，以Cr为主的沉淀相析出能够提高显著的强化效果。该系合金兼有良好的加工性能和焊接性能，是目前集成电路、接插件、接触线等领域极具大规模应用潜力的合金体系。但是，Cr在Cu中极低的固溶度，也限制沉淀强化带来的强度极限。目前常用的Cu-Cr及Cu-Cr-Zr体系拉伸强度通常在400MPa左右，各种方法获得的复合强化极限在550～600MPa级别。

传统沉淀强化铜合金一般可以通过时效处理前的塑性变形提高强化效果，但通常变形获得以为微米晶和高密度位错的显微组织，通过结构细化带来强化效果有限。而金属材料的力学性能通常与显微结构尺寸相关，晶粒尺寸与硬度/拉伸强度的关系最具有代表性。晶粒尺寸减小，金属的硬度/强度升高。传统热轧/热挤压方法可将Cu-Cr合金的晶粒尺寸降低至数百微米，经过冷轧或冷拉后，其晶粒尺寸通常可达数微米。经过时效处理后，合金拉伸强度可达400～500MPa。

近年来发展的严重变形方法，通过对金属反复变形，在其内部累积变形缺陷，以达到降低晶粒尺寸的目的。经过等通道角挤压的Cu-Cr合金，其晶粒尺寸可至数百纳米，强度可达550～600MPa。然而，由于金属内部缺陷的形成和湮灭在反复变形中达到平衡，这类方法并不能继续减小晶粒尺寸进而提高合金的强度。