[发明专利]一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法

说明书

本发明为一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。包括如下步骤：固溶淬火处理：以CuCrZr合金棒材为原料，进行固溶处理使合金元素完全固溶于铜基体中，然后淬火；等径角挤压处理：以淬火后的棒材为原材料，进行8道次以上的等径角挤压处理，使得晶粒大小达到10²nm级别；深冷轧制变形：在液氮条件下使用常规双辊轧机对棒材进行轧制变形，单道次的下压量不超过铜铬锆合金的临界变形度，轧制的总变形量达到70％以上，获得铜铬锆合金板材；热处理：对板材进行热处理，使Cr在晶界处析出，得到纳米层片铜铬锆合金。本发明使用ECAP+深冷轧制，可制得厚度在40～50nm的纳米层片组织，小角度晶界能降低电阻率，纳米尺度的晶粒带来了高强度与高塑性的性能组合。

技术领域

本发明属于材料成型领域，具体涉及一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。

背景技术

接触线作为电气化铁路弓网关系的重要介质，应确保列车高速运行时能持续不断地从牵引供电系统中获得电能，因此必须具备良好的张力和稳定性。铜铬锆合金由于强度高于纯铜，又具备良好的导电性，在电气化高速铁路接触线、集成电路引线框架、火箭发动机内壁等方面具有巨大的应用潜力，是强度导电性能一体化材料的热点研究对象。但是，相比于铜银、铜铌等其他铜合金，传统加工制造的铜铬锆合金强度提升较低，严重限制了它的生产推广和应用。

经对现有技术的文献检索发现，A.Vinogradov等人在《Acta Materialia》(材料学报，2002，50：1693-1651)上发表的“Structure and properties of ultra-fine grainCu–Cr–Zr alloy produced by equal-channel angular pressing”(等径角挤压超细晶Cu-Cr-Zr合金的组织与性能)一文中，将14×15×175mm的Cu-0.44Cr-0.2Zr方坯在1040℃固溶30min，然后在5％的NaCl水溶液中淬火。在室温下以0.4mm/s的速度按90°方形通道相交的方式进行多次压制，使得材料产生巨大剪切变形，细化晶粒。再在375℃、425℃和500℃进行时效处理。实验结果表明等径角挤压处理后的样品极限抗拉强度及热稳定性获得了大幅度的提高，但延伸性均显著下降。等径角挤压虽然可以将铜铬锆合金细化到超细晶尺度，得到等轴超细晶，但获得的等轴超细晶晶界普遍为大角度晶界，不利于电子运动，降低了电导率。且等径角挤压在进行到8道次之后面临着产物硬度过高损伤模具的问题，其极限抗拉性能最高只能提高到672Mpa。

轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，其工艺简单、操作方便，广为运用。进一步检索发现，G.Y.Li等人在《Vacuum》(材料科学与工程A刊，2021，190，110315)上发表的“A high strength andhigh electrical conductivity CuCrZr alloy prepared by aging and subsequentcryorolling”(时效冷轧制备高强度高导电性CuCrZr合金)一文中指出，与室温轧制合金相比，深冷处理的合金具有高强度、高延展性和高导电性的特点。由于变形温度较低，形成了更多的变形孪晶，取代了大角度晶界；这样的孪晶有望减少电输运中晶界对电子的散射。但值得注意的是单纯的深冷轧制加时效工艺可以制得厚度约200nm的层片组织，其极限抗拉强度达到了712Mpa，但断裂延伸率只有不到2％，难以实际运用。难以依靠单纯的深冷轧制加时效工艺将其进一步细化到纳米晶的等级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：固溶淬火处理：以质量百分比为99～99.5wt％Cu、0.35～0.55wt％Cr、0.09～0.15wt％Zr的CuCrZr合金棒材为原料，进行固溶处理使合金元素完全固溶于铜基体中，然后淬火；