[发明专利]一种高强度高导电率Cu-Ag-Sn合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高强度高导电率的Cu‑Ag‑Sn合金，合金成分按质量百分比为Ag3～9％，Sn0.1～1％，Y0.01～0.02％，余量为Cu。制备方法包括：以Ag‑Sn中间合金、Ag‑Y中间合金方式添加微量Sn元素与Y元素，其余Cu与Ag以纯金属配料；通过真空感应熔炼、浇铸方式制备合金铸锭；通过固溶热处理使Sn与Ag元素饱和固溶于Cu基体中，再通过时效热处理使Sn与Ag元素析出为纳米相。该方法可制备具有较大比例的连续性Ag纳米析出相且组织均匀的Cu‑Ag‑Sn合金。该合金硬度可达80～130HV，强度可达180～250MPa，导电性可达70～85％IACS，力学与电学性能优异，制备工艺简单，工业化前景良好。

技术领域

本发明属于有色金属合金技术领域，具体涉及一种高强度高导电率Cu-Ag-Sn合金及其制备方法。

技术背景

铜合金具有良好的导电性，是应用于引线框架、电触头、强磁体线圈等重要产业的关键材料。Cu-Ag合金因为Ag在时效处理中以纳米相析出，可以提高合金的强度，使合金同时兼具高强度与高导电性。但是Ag价格昂贵，极大提高了合金成本。因此，一般采用6％质量分数以下的Ag含量。

随着现代工业的不断发展，当前Cu-Ag合金的强度已逐渐无法满足技术发展的需求。对于Ag重量百分比3～9％的Cu-Ag合金，其主要的强化方式是依赖于时效热处理后Cu基体中析出的Ag纳米析出相。Ag纳米析出相可分为连续性析出相与非连续性析出相两类；非连续性析出相为较粗大的片状或棒状，而连续性析出相则为细小的弥散颗粒，呈网状分布。且连续性析出相尺寸小，分布密度大。相关研究表明，促进Cu-Ag合金中的连续性析出相有利于提高合金的强度和硬度力学性能。连续性析出相在形变加工后可形成高密度的Ag增强纤维，是高强高导Cu-Ag复合材料提高强度的关键。因此如何提高Ag连续性析出相的比例，并细化析出相的尺寸，成为提高3～9％Ag含量Cu-Ag合金力学性能的关键。

目前，通过添加第三组元优化合金成分，改变纳米析出相形态，可进一步提高合金的性能。发明专利201610218372.0公开了一种结合0.1～30T磁场与添加Fe元素制备Cu-Ag-Fe合金的方法，得到Cu-Ag-Fe合金线材/板材导电率为55～88％IACS，抗拉强度750～1760MPa。发明专利201810259998.5公开了一种Cu-Ag-Fe-C合金的制备方法，在Cu-Ag合金熔炼过程中添加Fe-C预合金，使Fe-C预合金颗粒均匀分布，提高合金的导电率和抗拉强度，得到的铸态合金抗拉强度为420-500MPa，导电率为40-55％IACS。发明专利201910401815.3公开了一种高强高导Cu-Ag-Sc合金及其制备方法，在熔炼过程中加入Ag-Sc中间合金，通过添加Sc促进Ag的连续性析出，合金硬度88～148HV，导电性83～88％IACS。发明专利201610173651.X公布了在Cu-Ag合金(6～30％Ag)中添加Nb、Cr或Mo第三组元，利用弥散强化的方式强化合金，通过合适的热处理控制Ag的析出方式，促进Ag的连续性析出，提高材料强度的同时增大导电性能；发明专利200510048639.8公开了通过添加RE细化Cu-Ag合金组织，并采用大变形和合理的热机械处理，形成以Ag纳米纤维为强化相的原位纳米纤维增强的复合材料，使其抗拉强度与导电率性能优化组合。发明专利202110851495.9公开了高强高导高耐热Cu-Ag-Hf合金及制备方法，通过在Cu-Ag合金中添加Hf，获得更好的析出强化效果，使合金的抗软化温度不低于550℃。以上的几项专利中，添加的第三组元熔点均较高，较难在熔炼中均匀溶入Cu-Ag合金熔体，易产生偏析，不利于工业化大尺寸铸态合金的制备，限制了应用价值。