專利名稱：硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方法，屬有色金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子、通訊、交通、電力、航天、精密儀器等高技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對于銅合金的要求愈來愈高。要求所用銅合金材料不僅具備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性能之外，還必須有較高的軟化溫度、抗氧化性、抗蠕變、耐高壓等特性，傳統(tǒng)的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金已經(jīng)難以達(dá)到要求。近幾十年來，世界各國相繼開展了高性能銅合金的研究與開發(fā)，已經(jīng)在一些行業(yè)上得到了應(yīng)用。由于我國在此領(lǐng)域的研究工作起步較晚，工業(yè)所需的高性能電銅合金材料主要依賴進(jìn)口 ，而我國是銅資源大國，擁有眾多的銅加工企業(yè)，因此，對高性能銅合金材料進(jìn)行研究開發(fā)，逐步建立擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的銅合金材料體系具有重要意義。
銅合金材料的導(dǎo)電性與強(qiáng)度是一對難以兼顧的矛盾，即電導(dǎo)率好則強(qiáng)度差，而強(qiáng)度提高則導(dǎo)電率降低。形變原位復(fù)合材料法制備高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金材料是一種獲得最好強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的可靠方法，也是目前銅合金材料研究領(lǐng)域的熱門和前沿。目前形變銅基原為復(fù)合材料的研究主要集中于Cu-Nb和Cu-Ag原位復(fù)合材料，但是由于Nb和Ag都是貴金屬，而且Nb的熔點(diǎn)高達(dá)2648°C，液態(tài)Cu和Nb又存在較大的不溶混間隙，因此限制了這類新材料的制備和應(yīng)用。由于Cr在Cu中的固溶度很低，Cu在Cr中的固溶度更小，所以Cu-Cr合金結(jié)合了Cr的高硬度和Cu良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，在制備電工開關(guān)、觸頭材料、電阻電極、電大型高速渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、電車及電力火車架空導(dǎo)線、超大規(guī)模集成電路引線框架等方面，尤其是在大功率真空高壓開關(guān)中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。 公告號CN1233492公開了一種W_Cu或Cu-Cr粉末形變復(fù)合電極材料制備方法，它采用Cu和Cr或W和Cu單質(zhì)粉末為原料，第一步進(jìn)行機(jī)械球磨制粉；第二步進(jìn)行冷壓制坯；第三步進(jìn)行真空固相燒結(jié)，第四步為熱靜液擠壓。公開號CN101384739公開了一種Cr-Cu合金、其制造方法、半導(dǎo)體用散熱板和半導(dǎo)體用散熱部件，所述Cr-Cu合金通過包含Cu基體和扁平的Cr相的粉末冶金得到，其中，使Cr-Cu合金中的Cr含量超過30%且在80%以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有高強(qiáng)高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，而且制備工藝簡單、成本低的Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備工藝。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明的Cu-Cr原位復(fù)合材料是通過配料、熔煉、澆鑄、熱鍛或熱軋、冷軋、冷拔最后成型的銅材。 本發(fā)明的Cu-Cr原位復(fù)合材料的配方成分組成為(按質(zhì)量百分比計)
Cr :5 28 ;
Ag :0. 01 1. 00 ;
B :0. 001 0. 500 ;
3
稀土金屬或稀土混合物0. 001 1. 000 ;
Cu :余量； 本發(fā)明的Cu-Cr原位復(fù)合材料配方中的稀土是指含鈰或釔或鑭元素的金屬或合金或氧化物，稀土混合物是指含鈰或釔或鑭中的二種或三種元素的合金或氧化物混合物。
本發(fā)明的Cu-Cr原位復(fù)合材料是通過以下步驟制備
1、配料 按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的電解銅、純Cr或含Cr合金、純Ag或含Ag合金、含B合金、稀土金屬或稀土混合物或含稀土合金混合，得到配料；
2、熔煉 將配好的配料放入頻電磁感應(yīng)爐或其他熔煉爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化； 3、澆鑄 將熔化了的金屬液澆入水冷鋼模、石墨?；蚱渌Ｖ械玫借T錠；
4、熱鍛或熱軋 將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至80(TC IOO(TC區(qū)間的某一溫度，保溫1 5小時，然后熱鍛或在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到20%以上的變形；
5、固溶處理 將熱鍛或熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至95(TC IIO(TC區(qū)間的某一溫
度，保溫0. 2 5小時，然后進(jìn)行淬火處理； 6、冷軋將淬火后的合金進(jìn)行20%以上的變形處理； 7、退火將冷軋后的合金在40(TC 70(TC之間的某一溫度，保溫0. 1 3小時，隨爐冷； 8、冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次30%以上的變形處理； 9、時效處理將合金在250°C 65(TC某一區(qū)間，保溫1 24小時。 本發(fā)明通過在Cu-Cr合金中添加一定含量的Ag，主要其三方面的作用， 一是降低
了高溫下Cr在Cu中的固溶度，促進(jìn)低溫下Cr從Cu基體析出，是材料的導(dǎo)電性能提高；二
是細(xì)化了 Cr枝晶，使之變成球形狀，是材料的強(qiáng)度得到顯著提高；三是改善材料的塑性，極
其顯著的提高了材料的冷變形性能，從而大幅度提高材料的成材率。 本發(fā)明通過添加一定含量的B元素，主要起兩方面的作用，一是進(jìn)化作用，降低材料中的氣體和雜質(zhì)元素含量，是材料的導(dǎo)電性能提高；二是提高材料的再結(jié)晶溫度，有利于
提高時效和退火溫度，促進(jìn)Cr粒子析出，是材料獲得最佳的強(qiáng)度和導(dǎo)電綜合性能。 本發(fā)明通過添加適量的稀土金屬或稀土混合物，提高了金屬熔體的純凈度，同時
對材料晶粒細(xì)化也起到了重要作用，有利于同時提高材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。 本發(fā)明通過多道次形變將Cr單質(zhì)變成纖維狀，規(guī)則的排列在銅基中，使得材料的
位錯運(yùn)動阻力增大，從而使材料強(qiáng)度得以強(qiáng)化。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本發(fā)明將銅合金材料基體凈化，組織細(xì)化與形變強(qiáng)化相結(jié)合，利用Cr纖維增強(qiáng)和Cr粒子彌散強(qiáng)化結(jié)合，使得材料的強(qiáng)度與導(dǎo)電性能達(dá)到了最佳的組合，材料的伸強(qiáng)度達(dá)到800 1300MPa，導(dǎo)電率達(dá)到70 85% IACS，而且制備方法簡單，原材料成本低能夠?qū)崿F(xiàn)其在電工開關(guān)、觸頭材料、電阻電極、電大型高速渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、電車及電力火車架空導(dǎo)線、超大規(guī)模集成電路引線框架，大功率真空高壓 開關(guān)等方面廣泛應(yīng)用。


附圖為本發(fā)明工藝流程圖
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 (1)配料按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的純Cr 8X、純Ag0. 05X、含B 合金0.05%、稀土金屬Ce 0.01%、電解銅為余量，得到配料； (2)熔煉將配好的配料放入中頻電磁感應(yīng)爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化 25分鐘； (3)澆鑄將熔化了的金屬液澆入石墨模中得到鑄錠； (4)熱鍛或熱軋將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至90(TC，保溫3小時，然 后在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到40%的變形； (5)固溶處理將熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至98(TC，保溫1小時，然后 淬入冷水中快速冷卻； (6)冷軋將淬火后的合金進(jìn)行80%的變形處理； (7)退火將冷軋后的合金，加熱至450°C ，保溫0. 5小時，隨爐冷； (8)冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次80%的變形處理； (9)時效處理將合金在480°C ，保溫1小時。 最后制得的銅合金材料 抗拉強(qiáng)度> 800MPa 電導(dǎo)率^80XIACS 實(shí)施例2 (1)配料按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的含Cr合金10X、純Ag 0.05X、含B合金0.05X、稀土元素Y 0. 01 % 、電解銅為余量，得到配料；
(2)熔煉將配好的配料放入中頻電磁感應(yīng)爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化 25分鐘； (3)澆鑄將熔化了的金屬液澆入水冷鋼模中得到鑄錠； (4)熱鍛或熱軋將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至90(TC，保溫3小時，然 后在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到40%的變形； (5)固溶處理將熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至98(TC，保溫1小時，然后 淬入冷水中快速冷卻； (6)冷軋將淬火后的合金進(jìn)行80%的變形處理； (7)退火將冷軋后的合金，加熱至470°C ，保溫0. 5小時，隨爐冷； (8)冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次80%的變形處理。 (9)時效處理將合金在480°C ，保溫4小時； 最后制得的銅合金材料
抗拉強(qiáng)度> 900MPa
電導(dǎo)率^75XIACS
實(shí)施例3 (1)配料按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的純Cr 12X、含Ag合金 0. 1X、含B合金0. 05%、稀土元素La0.01X、電解銅為余量，得到配料；
(2)熔煉將配好的配料放入中頻電磁感應(yīng)爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化 25分鐘； (3)澆鑄將熔化了的金屬液澆入石墨模中得到鑄錠； (4)熱鍛或熱軋將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至93(TC，保溫3小時，然 后在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到40%的變形； (5)固溶處理將熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至IOO(TC，保溫1小時，然后 淬入冷水中快速冷卻； (6)冷軋將淬火后的合金進(jìn)行80%的變形處理； (7)退火將冷軋后的合金，加熱至490°C ，保溫0. 5小時，隨爐冷； (8)冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次80%的變形處理； (9)時效處理將合金在480°C ，保溫4小時。 最后制得的銅合金材料 抗拉強(qiáng)度lOOOMPa 電導(dǎo)率^70XIACS 實(shí)施例4 (1)配料按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的純Cr 13X、純Ag0. 1X、含B 合金0. 05% 、稀土元素LaO. 01 %和CeO. 01 % 、電解銅為余量，得到配料；
(2)熔煉將配好的配料放入中頻電磁感應(yīng)爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化 25分鐘； (3)澆鑄將熔化了的金屬液澆入石墨模中得到鑄錠； (4)熱鍛或熱軋將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至95(TC，保溫3小時，然 后在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到40%的變形； (5)固溶處理將熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至IOO(TC，保溫1小時，然后 淬入冷水中快速冷卻； (6)冷軋將淬火后的合金進(jìn)行80%的變形處理； (7)退火將冷軋后的合金，加熱至50(TC，保溫0. 5小時，隨爐冷； (8)冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次80%的變形處理； (9)時效處理將合金在500°C ，保溫4小時。 最后制得的銅合金材料 抗拉強(qiáng)度1050MPa 電導(dǎo)率^70XIACS
權(quán)利要求
一種硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，所述方法中Cu-Cr原位復(fù)合材料的配方成分組成為(按質(zhì)量百分比計)Cr5～28；Ag0.01～1.00；B0.001～0.500；稀土金屬或稀土混合物0.001～1.000；Cu余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方 法，其特征在于，所述方法中Cu-Cr原位復(fù)合材料配方中的稀土是指含鈰或釔或鑭元素的 金屬或合金或氧化物，稀土混合物是指含鈰或釔或鑭中的二種或三種元素的合金或氧化物 混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方 法，其特征在于，所述方法中Cu-Cr原位復(fù)合材料是通過配料、熔煉、澆鑄、熱鍛或熱軋、冷 軋、冷拔最后成型的銅材，其制備工藝步驟如下(1) 配料按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的電解銅、純Cr或含Cr合金、純Ag 或含Ag合金、含B合金、稀土金屬或稀土混合物或含稀土合金混合，得到配料；(2) 熔煉將配好的配料放入頻電磁感應(yīng)爐或其他熔煉爐中，按常規(guī)的銅合金冶煉工藝熔化；(3) 澆鑄將熔化了的金屬液澆入水冷鋼模、石墨模或其他模中得到鑄錠；(4) 熱鍛或熱軋將上述澆鑄鑄件放入熱處理爐中，加熱至80(TC IOO(TC區(qū)間的某一 溫度，保溫1 5小時，然后熱鍛或在常規(guī)熱軋機(jī)上熱軋，使其達(dá)到20%以上的變形；(5) 固溶處理將熱鍛或熱軋后的合金裝入熱處理爐中，加熱至95(TC IIO(TC區(qū)間的 某一溫度，保溫0. 2 5小時，然后進(jìn)行淬火處理；(6) 冷軋將淬火后的合金進(jìn)行20%以上的變形處理；(7) 退火將冷軋后的合金在400°C 70(TC之間的某一溫度，保溫0. 1 3小時，隨爐冷；(8) 冷拔將處理后的合金進(jìn)行多道次30%以上的變形處理；(9) 時效處理將合金在250°C 65(TC某一區(qū)間，保溫1 24小時。
全文摘要
一種通過硼、銀、稀土元素添加Cu-Cr原位復(fù)合材料及其制備方法，它是利用多元微合金化、固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、纖維強(qiáng)化等多方式綜合強(qiáng)化技術(shù)，以Cu為基體，加入少量Cr以及微量的Ag、B元素、稀土或稀土混合物，通過熔煉、澆鑄、熱鍛或熱軋、固溶處理、冷軋或冷拔、時效等工藝，制備出高性能銅合金原位復(fù)合材料。本發(fā)明具有制備出的材料不僅強(qiáng)度高而且導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、制備工藝簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在電工開關(guān)、觸頭材料、電阻電極、電大型高速渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、電車及電力火車架空導(dǎo)線、超大規(guī)模集成電路引線框架等方面工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號C22F1/08GK101709401SQ20091018669
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者劉克明, 周喆, 康林萍, 胡強(qiáng), 鄒晉, 陸德平, 陸磊, 陳志寶 申請人:江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所