專利名稱：Ag-Cu原位纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電復(fù)合材料，特別是涉及一種具有高強度和高電導(dǎo)率的 Ag-Cu原位纖維復(fù)合材料及其制備技術(shù)與性能。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對導(dǎo)體材料提出了越來越高的要求。很多應(yīng)用場合 中，不僅要求材料具有高的電導(dǎo)率還需要較高的抗拉強度，因此不斷有新的具 有高強度和高電導(dǎo)率的材料被開發(fā)出來。在現(xiàn)己開發(fā)出來的導(dǎo)體材料中，用形 變原位法制備的Cu基復(fù)合材料由于其優(yōu)異的抗拉強度和電導(dǎo)率的性能組合，得 到了越來越多的關(guān)注。其中又以纖維相強化的形變Cu-Ag原位復(fù)合材料具有最 佳的性能組合。在形變原位復(fù)合材料中，影響其性能的主要因素是其中纖維相 的分布狀態(tài)與數(shù)量。因此常常通過一定的冷加工變形和合適的熱處理工藝，包 括預(yù)備熱處理、中間熱處理及最終熱處理，來控制復(fù)合材料中的纖維相的分布， 從而控制復(fù)合材料的性能。
美國專利US5391242和US5322574公布了具有高強度高導(dǎo)電率的Cu-(6 24) y。Ag合金片材和線材的加工制備技術(shù)通過熔鑄、快速冷卻、冷加工及熱 加工以及中間熱處理，制備了具有雙相纖維結(jié)構(gòu)的Cu-Ag合金。美國發(fā)明專利 US5534087公布了具有高強度和高電導(dǎo)率的Cu- (16 30) %Ag導(dǎo)體材料的加工 技術(shù)通過連續(xù)鑄造、快速冷卻、冷加工及在變形量大于或等于80%斷面收縮 率時在溫度為25(TC-350。C進行時間為1小時以上的中間熱處理，制備出了強 度在700MPa以上，電導(dǎo)率在75MACS的綜合性能。國內(nèi)發(fā)明專利CN1555065A公布了一種含Ag (8 15) %的Cu基復(fù)合材料及 其制備技術(shù)通過熔鑄、冷加工及熱處理，制備了真應(yīng)變?yōu)?1=4.0 7.0的復(fù) 合絲材，該發(fā)明的Cu基復(fù)合材料具有高強度和高電導(dǎo)率的特點，最大強度值可 以達到UTS=1. 5GPa，導(dǎo)電率二60。/。IACS。發(fā)明專利CN1775989A公布了一種高強 度和高電導(dǎo)率的其組合為Cu-Ag-RE合金的原位納米纖維增強的Cu基復(fù)合材料 及其制備技術(shù)在Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)《15y。，稀土元素的質(zhì)量《0. P/。的Cu-Ag-RE 合金中，利用Cu-Ag合金的共晶組織和微量RE添加劑的細化合金組織的作用， 通過大變形和合理的熱機械處理，可制備最高性能組合為，極限抗拉強度》 1. 5GPa，相對電導(dǎo)率^60y。IACS的導(dǎo)體材料。
發(fā)明專利CN1560313A公布了一種控制復(fù)相纖維強化銅銀合金性能匹配的 熱處理工藝將純Ag、電解Cu按質(zhì)量12: 88比例的合金，經(jīng)真空熔煉、澆鑄、 72(TC/4h均勻化處理、冷拉拔至變形程度11=5. 1 7.0,并在拉拔過程中當(dāng)變 形程度為n二1.3、 2.0及2.8時分別進行360 400。C/lh的中間熱處理，得到 拉長纖維狀分布的直徑為1.6 0.6mm的絲材，并在20 60(TC范圍內(nèi)進行保溫 lh的最終熱處理，該發(fā)明可以在1040 220MPa范圍內(nèi)控制材料的抗拉強度及 在73y。 93y。IACS范圍內(nèi)控制材料的相對電導(dǎo)率。但是，該專利中公布的熱處理 工藝，對較大的初始鑄錠來說操作比較困難。
發(fā)明專利CN101265558A公布了一種配合Ag-Cu合金冷拉拔加工的固溶及 時效處理方法將金屬Ag質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(7 12V/。的Ag-Cu合金，通過真空熔煉、 澆鑄、固溶及時效處理并在常溫下經(jīng)多道次拉拔變形，制備了合金強度在380 1400MPa，相對電導(dǎo)率為(60 92) %IACS。
另外，還有很多文獻(Hong等，Acta metallurgica, , 46:4111; Hong等Materials Science and Engineering, 1999， A264:151;Zhang等，Materials letters, 2004， 58: 3888; Sakai等，Applied Physics Letters, 1991， 59(23) :2965; Sakai等，ActaMaterialia， 1997， 45 (3): 1017; Liu等，Materials Science and Engineering, 2006， A418:320;張曉輝等，中 國有色金屬學(xué)報，2002， 12: 115)均對形變法制備的Cu-Ag原位纖維復(fù)合材料 進行了研究，但是這些已有的研究均集中在以Cu為基體相而Ag為增強相的 Cu-Ag合金上，其中Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于或等于72。/。的共晶成分，但是對以Ag 為基體而以Cu為增強相的Ag-Cu合金還沒有相應(yīng)的研究。此外，如何采用優(yōu)化 的熱處理制度，以適用于不同尺寸的初始鑄錠，擴大材料的應(yīng)用范圍也是需要 解決的問題。
傳統(tǒng)的Ag-Cu合金在電接觸材料、釬焊材料及貨幣材料等方面具有較廣泛 的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的Ag-Cu合金存在強度、硬度低等缺點，其強度和電導(dǎo)率不 能滿足一些需要高強度和高電導(dǎo)率材料的場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種具有高強度和高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料。 本發(fā)明的另一個目的在于提供髙強度和高電導(dǎo)率Ag-Cu復(fù)合材料的制備方 法。通過對Ag-(9 20HCu合金進行拉拔變形加上合適的熱處理工藝，可以制 備出纖維狀Cu相分布于Ag基體相中的具有優(yōu)異的抗拉強度和電導(dǎo)率組合的原 位纖維復(fù)合材料。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
將純度為99. 95%的Ag和Cu的金屬粉末配料，其中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(9 20)%，其余的為金屬Ag，在真空保護氣氛下進行中頻感應(yīng)熔煉，并在氬氣保護氣氛下澆鑄成錠；其特征在于將鑄錠進行熱擠壓，將其進行固溶處理及時效 處理，在常溫下對其進行多道次冷拉拔，冷變形程度用r^ln(A。/Af)來表示，其 中A。表示熱擠壓后棒材直徑，Ar表示冷變形后所得線材直徑；在冷拉拔的過程 中，對其進行一定次數(shù)的中間熱處理，在冷拉拔結(jié)束后對其進行穩(wěn)定化熱處理。
所述的熱擠壓工藝為先進行68(TC 70(TC/4h的保溫處理，隨爐升溫， 其后將其擠壓至所需直徑并淬火。
所述的固溶及時效處理為于真空氣氛下進行溫度為720。C 76(TC，時間 為0 10小時的固溶處理，到溫放入加熱爐，固溶后淬火；于300。C 35(TC時 效處理，時效時間為0 10h，時效后隨爐冷卻。
所述的冷拉拔工藝為以淬火后棒材為起點，當(dāng)n〈3.0時，控制道次平均 變形量il <0. 10 0. 15，當(dāng)ii 〉3. 0時，控制道次平均變形量n <0. 08 0. 10.
所述的中間熱處理工藝為在形變量r^3.0、 4.5及6.0左右，進行至少 一次最多三次的熱處理，溫度為10(TC 25(TC，時間為(0.5 2)h，隨爐冷卻。
所述的穩(wěn)定化熱處理工藝為將經(jīng)變形所得棒材或絲材，在溫度范圍(20 500) "C內(nèi)，進行時間為(0.5 2)h的熱處理，隨爐冷卻。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 制備的Ag-Cu復(fù)合材料，其性能組合可以達到或超過用原位法制備 的Cu-Ag合金的性能水平。
(2) 通過調(diào)整加工過程中的形變量及熱處理工藝，可以方便的調(diào)整合金 的強度和電導(dǎo)率。
(3)通過上述的熱擠壓、形變及熱處理工藝，不僅能控制Ag-Cu復(fù)合材 料的性能水平，還能根據(jù)所需材料尺寸的不同，選擇合適的加工工藝。(4) 所制備的Ag-CU復(fù)合材料，其最高的性能可以達到極限抗拉強度
UTS^lGPa，電導(dǎo)率》60。/。IACS。
(5) 制備的Ag-Cu復(fù)合材料，可用于一切需要高強度和高電導(dǎo)率的地方，也有希望應(yīng)用于傳統(tǒng)Ag-Cu合金所不能應(yīng)用的一些場合。


圖1是采用本發(fā)明的制備方法制備的Ag-15Cu復(fù)合材料在形變量為i\=8. 0時的微觀形貌圖。其中較粗大的Cu纖維直徑在200nm左右。
具體實施例方式
實施例1:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80證的鑄錠，經(jīng)680°C/4h退火后擠壓至28mm，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于q=2. 8進行200°C/lh的中間熱處理，在變形量為11=8.0時，所得絲材的性能為抗拉強度為985MPa，電導(dǎo)率為63%IACS。
實施例2:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠，經(jīng)680°C/4h退火后擠壓至28mm,常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n=2. 8進行300°C/lh的中間熱處理，在變形量為na.O時，所得絲材的性能為抗拉強度為800MPa，電導(dǎo)率為72%IACS。
實施例3:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠，經(jīng)680°C/4h退火后擠壓至28mrn，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n=2. 8進行200°C/lh的中間熱處理，在變形量為11=8.0時，對其進行20(TC/0.5h的穩(wěn)定化熱處理，所得絲材的性能為抗拉強度為910MPa，電導(dǎo)率為73%IACS。
實施例4:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠,經(jīng)680°C/4h退火后擠壓至28ram，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n=2. 8進行200°C/lh的中間熱處理，在變形量為n二8.0時，對其進行30(TC/0.5h的穩(wěn)定化熱處理，所得絲材的性能為抗拉強度為700MPa，電導(dǎo)率為87%IACS。
實施例5:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠，經(jīng)680°C/4h退火后擠壓至28mrn，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n=2. 8進行200°C/lh的中間熱處理，在變形量為11=8.0時，對其進行40(TC/0.5h的穩(wěn)定化熱處理，所得絲材的性能為抗拉強度為460MPa，電導(dǎo)率為94%IACS。
實施例6:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠，經(jīng)700°C/4h退火后擠壓至28mm，對其進行30(TC/lh的同溶處理，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于i]二3.08、 4.5及6.0時分別進行20(TC/lh的中間熱處理，在變形量為il=7. 56時，所得絲材的性能為抗拉強度為980MPa，電導(dǎo)率為62°MACS。圖1為通過本工藝制備的Ag-Cu復(fù)合材料的形貌。
實施例7:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為SOnirn的鑄錠，經(jīng)700°C/4h退火后擠壓至28mm，對其進行760°C/2h的固溶處理后淬火，進行350°C/lh的時效處理，常溫下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n=3. 08、4. 5及6. 0時分別進行200r/lh的中間熱處理，在變形量為r^7.56時，所得絲材的性能為抗拉強度為995MPa,電導(dǎo)率為61. 6%IACS。
實施例8:含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%Cu的Ag-Cu復(fù)合材料。在真空下于中頻爐中熔 煉，在氬氣保護氣氛中澆鑄成直徑為80mm的鑄錠，經(jīng)700°C/4h退火后擠壓至 28mm，對其進行760°C/2h的固溶處理后淬火，進行350°C/lh的時效處理，常溫 下對其進行多道次冷拉拔，在拉拔過程中于n二3. 08、4. 5及6. 0時分別進行200 。C/lh的中間熱處理，在變形量為11=7.0時，所得絲材的性能為抗拉強度為 1124MPa，電導(dǎo)率為60. 5%IACS。
權(quán)利要求
1、一種高強度高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料，其特征在于Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(9～20)％，余量為Ag，其中纖維狀的Cu相分布于Ag基體相中，形成原位纖維復(fù)合材料，Cu纖維是微米、亞微米或納米級尺寸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料，其特征在于: 所述Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9。/c、 10%、 15%或20%。
3、 一種高強高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以 下工藝步驟(1) 真空氣氛下熔煉，Ar氣氣氛下澆鑄成錠子；(2) 熱擠壓先進行68(TC 72(TC/4h的保溫處理，隨爐升溫，其后將 其擠壓至所需直徑并淬火；(3) 固溶及時效處理真空氣氛下進行溫度為72(TC 76(TC，時間為0 IO小時的固溶處理，到溫放入加熱爐，固溶后淬火；于300。C 35(TC時效處理， 時效時間為0 10h，時效后隨爐冷卻；(4) 多道次冷拉拔變形及熱處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強度高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所選的次冷拉拔變形為以淬火后棒材為起點，當(dāng)n〈3.0時，控制 道次平均變形量n <0. 10 0. 15，當(dāng)n 〉3. 0時，控制道次平均變形量ri 〈0. 08 0. 10。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所選的熱處理工藝包括中間熱處理及穩(wěn)定化熱處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所選的中間熱處理工藝為在形變量n二3.0、 4.5及6.0左右，進行至少一次最多三次的熱處理，溫度為100°C 250°C，時間為(0.5 2)h，隨 爐冷卻。
7、根據(jù)權(quán)利要5所述的高強度高電導(dǎo)率的Ag-Cu復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所選的穩(wěn)定化熱處理工藝為將經(jīng)變形所得棒材或絲材，在溫度范 圍(20 500) i:內(nèi)，進行時間為(0.5 2)h的熱處理，隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高強度高電導(dǎo)率和低Cu含量的Ag-Cu合金原位纖維復(fù)合材料及其制備技術(shù)。該復(fù)合材料的Cu含量≤質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％，利用Ag-Cu合金共晶組織，采用大變形和合理的熱處理工藝，形成原位纖維復(fù)合材料。其制備技術(shù)包括如下步驟真空熔煉后于保護氣氛澆鑄Ag-Cu合金，經(jīng)熱擠壓和時效預(yù)備熱處理，并經(jīng)大變形冷加工、中間熱處理、穩(wěn)定化熱處理，制成以微米、亞微米或納米級尺寸的Cu纖維增強的Ag-Cu復(fù)合材料。通過優(yōu)化制備過程中各種工藝參數(shù)，可獲得其抗拉強度與導(dǎo)電率性能的優(yōu)化組合的復(fù)合材料，其最高性能可達到極限抗拉強度UTS≥1GPa；相對導(dǎo)電率≥60％IACS。本發(fā)明Ag-Cu原位復(fù)合材料可用作高強度和高電導(dǎo)率的導(dǎo)體材料。
文檔編號C22C49/00GK101638758SQ200910094860
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者寧遠濤, 張昆華, 王傳軍, 管偉明, 耿永紅 申請人:昆明貴金屬研究所