[发明专利]高强度耐磨耗的多元铜合金及其用途

说明书

本发明主要揭示一种高强度耐磨耗多元铜合金，其组成包括：80～90at％的Cu、0.1～4at％的Al、6～10at％的Ni、0.1～3at％的Si、0.1～2at％的V及/或Nb、以及0.1～2at％的M。其中，M为选自于Zr、Cr、Ti、Sn、Fe、Mn、Mg、C、P、和B之中的至少一添加元素。实验结果显示，本发明多元铜合金的多个样品在以450℃的温度进行时效处理50小时之后，其强度和硬度明显升高，显示出时效硬化之效，且在时效处理的过程中未有过时效软化现象发生。并且，量测数据显示，本发明多元铜合金的多个样品相较习知的铜合金而显示出更好的抗磨耗特性。

技术领域

本发明是关于铜合金的相关技术领域，尤其指一种高强度耐磨耗的多元铜合金。

背景技术

由于具有良好的导电性及导热性、高耐蚀能力、优秀的机械强度、抗疲劳能力、以及独特的金属光泽，因此铜及铜合金在工业制造上获得广泛应用。

熟悉铜合金设计与制造的材料工程师必然知道，铜铍合金和铜镍硅合金皆为高耐磨耗的铜合金，其中，铜镍硅合金又称为可鲁逊合金(Corson Alloy)。高耐磨耗的铜合金常被用来制作轴承、精密的齿轮、蜗轮、轴衬外套等对抗磨耗特性有较高要求的零组件。

随着对于工具机加工精准度及长期稳定度的需求持续提高，传统的铜铍合金及铜镍硅合金的抗磨耗特性已不足以满足市场需求。图1显示时间相对于硬度的曲线图。更进一步地说明，当环境温度低于350℃时，铜铍合金的硬度变化与时间的关系如图1所示。

可惜的是，研究数据显示，铜铍合金常温以及低于350℃的环境温度下虽具有高强度的特性，但是，在350℃以上的环境温度下，其硬度仍会大幅下降，这个特性限制了铜铍合金的应用。另一方面，当铜铍合金和另一对象发生界面磨擦时，两者界面会产生温升现象。因此，即使在室温下操作，在铜铍合金高荷重的情况下，铜铍合金的界面温度仍可高达600℃。

由前述说明可知，有必要对习知的铜合金进行改良，使其磨耗特性能够显著提升，从而增加其工业制造的应用。有鉴于此，本案发明人极力加以研究发明，而终于研发完成一种高强度耐磨耗的多元铜合金。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种高强度耐磨耗的多元铜合金，其组成包括：80～90at％的Cu、0.1～4at％的Al、6～10at％的Ni、0.1～3at％的Si、0.1～2at％的V及/或Nb、以及0.1～2at％的M。其中，M为选自于Zr、Cr、Ti、Sn、Fe、Mn、Mg、C、P、和B之中的至少一添加元素。实验结果显示，本发明多元铜合金的多个样品在以450℃的温度进行时效处理50小时之后，其强度和硬度明显升高，显示出时效硬化之效，且在时效处理的过程中未有过时效软化现象发生。并且，量测数据显示，本发明多元铜合金的多个样品相较习知的铜合金而显示出更好的抗磨耗特性，因此本发明的多元铜合金能够取代习知的铜合金，从而被应用在各种要求具备优良抗磨耗特性零件及/或构件的制造，例如：轴承、齿轮、活塞、连接器、导电轨、导线框架、继电器、探针等。

为达成上述目的，本发明提出所述高强度耐磨耗多元铜合金一第一实施例，其磨耗阻抗大于415m/mm³，且其组成是由下列组成式所表示:Cu_wAl_xNi_ySi_zN_mM_s；

其中，N为选自于由V和Nb所组成群组中的至少一种耐火元素，且M为选自于由Zr、Cr、Ti、Sn、Fe、Mn、Mg、C、P、和B所组成群组中的至少一种添加元素；

其中，w、x、y、z、m与s皆为原子百分比数值，且w、x、y、z、m与s满足以下不等式:80≦w≦90、0.1≦x≦4、6≦y≦10、0.1≦z≦3、0.1≦m≦2、及0.1≦s≦2。