本發(fā)明涉及高強高導銅合金材料領域，具體為一種復合強化高強高導銅合金及其制備方法，適用于引線框架材料、高強高導合金線材或帶材、連接器材料等。

背景技術：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對銅合金的性能也提出了更高的要求，為了適應現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的需要，英、美、日等國從20世紀70年代開始，對高強高導銅合金進行了大量的研究和開發(fā)工作，近幾年來我國在該領域也得到了較快的發(fā)展。針對高強高導集成電路框架材料、電氣機車接觸線、電氣工程開關觸橋、連接器材料等等，相繼開發(fā)了cu-cr-ag、cu-cr-in、cu-cr-zr等高強高導銅合金。但是目前開發(fā)的以上各種高強高導銅合金其強度、導電性能、抗軟化溫度已經(jīng)達到了一定的極限，在其進一步提升綜合性能上遇到了一定的瓶頸。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)在cu-cr-x（x為ag、in中的一種或兩種元素）等高強高導銅合金的基礎上，添加la、y或ce，可以生成新的合金，能夠進一步突破其性能提升瓶頸，提高該合金的導電性和抗拉強度。

該復合強化高強高導銅合金由以下四部分組成：第一部分為cr，第二部分為選自ag、in中的至少一種元素，第三部分為選自la、ce、y中的至少一種元素，第四部分為cu和不可避免的雜質元素。各組分含量為（均為質量百分比）：第一部分含量為0.26%-1.0%；第二部分總含量為0.05%-0.5%；第三部分含量為0.1-0.5%；余量為第四部分。

進一步，所述第四部分中不可避免的雜質含量低于第四部分總質量的0.5%。

進一步，所述第二部分為in，質量百分比含量為0.15%-0.4%。

進一步，所述第二部分為ag，質量百分比含量為0.05%-0.1%。

進一步，所述第二部分為ag和\或in，ag質量百分比含量為：0.05%-0.1%，in質量百分比含量為：0.2%-0.4%。

本發(fā)明的一種復合強化高強高導銅合金的制備方法：

a.按所述復合強化高強高導銅合金的質量百分比進行配料，原料為銅和稀土元素的合金、純銅、純銀、純銦和銅鉻合金；

b.在熔煉爐內，加入稱取好重量的純銅原料，使用硼砂、石墨粉覆蓋，并加熱升溫至1083～1250℃使銅熔化；

c.按成分配比要求，加入稱取好的cu-cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；

d.待完全熔化后，按成分要求加入稱取好重量的純ag或純in，待完全熔化后靜置5～10min；

e.按成分設計要求，再加入稱取好重量的cu-re中間合金（cu-la、cu-y或cu-ce中的一種或多種），并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；

f.待完全熔化后，用石墨棒攪拌均勻，并直接澆鑄在鑄模中，制得合金鑄坯；

上述合金鑄坯經(jīng)擠壓工藝制成棒材或經(jīng)拉伸工藝制成線材。

進一步.合金鑄坯在850℃-980℃，保溫1-3h后，經(jīng)過擠壓比大于100%的工藝進行熱擠壓，制得合金棒材。

進一步.制得的合金棒材可經(jīng)過通道夾角為90°-130°的模具進行等徑角擠壓，擠壓5-12道次制得復合強化高強高導銅合金棒材。

進一步.復合強化高強高導銅合金鑄坯經(jīng)過壓縮比200%以上的熱擠壓工藝和等徑角擠壓制得復合強化高強高導銅合金棒材。

本發(fā)明使高溫金屬間化合物能破碎并彌散分布在基體中；所述復合強化高強高導銅合金的抗拉強度最高可達到650mpa，導電率最高可達92%，抗軟化溫度最高可達500℃。

本發(fā)明還有以下優(yōu)點：復合強化高強高導銅合金的制備可以在原合金的制備設備上進行。對于大氣熔煉的合金，只要添加覆蓋劑，適當調整熔煉工藝（使用稀土銅中間合金、控制中間合金添加時間等）即可實現(xiàn)。因此，制備復合強化高強高導銅合金，投入成本低，工藝簡單；且制成的復合強化高強高導銅合金均優(yōu)于現(xiàn)有的銅合金性能。

具體實施方式

下面結合較佳實施例，對本發(fā)明做進一步的描述。

實施例1：原材料為純銅、cu-5%cr中間合金、純ag、cu-5%ce中間合金，按cu-0.26cr-0.05ag-0.15ce（質量百分比cr為0.26%，ag為0.05%，ce為0.15%，余量為cu，以下合金表示方法相同）的成分比例進行配料，在中頻感應爐中進行熔煉。a.在熔煉爐內加入純銅原料，使用硼砂、石墨粉覆蓋，并加熱升溫至1150℃使銅熔化；b.待銅完全熔化后再加入稱取好的cu-5%cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；c.根據(jù)溫度和加料量可以估算出配料完全熔化時間，后續(xù)步驟相同；待加入的cu-5%cr中間合金完全熔化后，加入稱取好重量的純ag，待純ag完全熔化后靜置10min；d.加入稱取好重量的cu-5%ce中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；e.待cu-5%ce完全熔化后，用石墨棒攪拌均勻，然后直接澆鑄在圓柱形鐵模中，制得φ195mm復合強化高強高導銅合金鑄坯。鑄坯加熱至850℃，并保溫1h后經(jīng)500t臥式擠壓機在擠壓比（λ=177）的工藝下擠壓成φ15mm合金桿；合金桿經(jīng)過通道夾角為90°的模具進行等徑角擠壓，擠壓6道次制得φ15mm復合強化高強高導銅合金材；φ15mm復合強化高強高導銅合金材經(jīng)5道次拉拔至φ5mm銅線；在950℃保溫1.5h后快速冷卻固溶處理；φ5mm合金桿經(jīng)8道次拉拔至φ2.0mm合金桿，在450℃保溫0.5h時效后，線材抗拉強度達到389mpa，導電率達到了92.7%iacs，抗軟化溫度達450℃，與cu-0.26cr-0.05ag合金相比，cu-0.26cr-0.05ag-0.015ce復合強化高強高導銅合金抗拉強度、導電率均有所提高，且抗氧化性得到一定的提升。

實施例2：原材料為純銅、cu-10%cr中間合金、純in、cu-10%la中間合金、cu-10%y中間合金，按cu-0.8cr-0.15in-0.05la-0.05y的成分比例進行配料，在中頻感應爐中進行熔煉。a.在熔煉爐內加入純銅原料，使用硼砂、石墨粉覆蓋，并加熱升溫至1250℃使銅熔化；b.熔化后加入稱取好的cu-10%cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；c.熔化后，穩(wěn)定銅液溫度在1150℃加入稱取好重量的純in，熔化后靜置10min；d.加入稱取好重量的cu-10%la和cu-10%y中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；e.熔化后，用石墨棒攪拌均勻，并直接澆鑄在方形石墨模中，制得φ30mm復合強化高強高導銅合金鑄坯。鑄坯在920℃，保溫2h后經(jīng)1500t臥式擠壓機擠壓成φ18mm合金桿；φ18mm合金桿經(jīng)過通道夾角為110°的模具進行等徑角擠壓，擠壓10道次，制得復合強化高強高導銅合金材。復合強化高強高導銅合金材在920℃，保溫2h后，按熱軋工藝熱軋至厚度為5mm；再950℃保溫1h固溶；將板材冷軋至2mm后，經(jīng)500℃保溫1h時效處理，合金板材抗拉強度可達600mpa，導電率達到了80.5%，抗軟化溫度達475℃。與cu-0.8cr-0.15zr合金相比，cu-0.8cr-0.15in-0.05la-0.05y復合強化高強高導銅合金抗拉強度、導電率均得到提升。

實施例3：原材料為純銅、cu-10%cr中間合金、純in、純ag、cu-10%la中間合金。按cu-0.7cr-0.1ag-0.3in-0.3la的成分比例進行配料，在中頻感應爐中進行熔煉。a.在熔煉爐內加入純銅原料，使用硼砂、石墨粉、木炭覆蓋，并加熱升溫至1250℃使銅熔化；b.熔化后加入稱取好的cu-10%cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；c.熔化后，穩(wěn)定銅液溫度在1150℃加入稱取好重量的純in，待完全熔化后靜置10min；d.加入稱取好重量的cu-10%la和cu-10%y中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；e.熔化后用石墨棒攪拌均勻，并直接澆鑄在圓柱形鐵模中，制得銅合金鑄坯。鑄坯在850℃，保溫1h后經(jīng)1500t臥式擠壓機擠壓成φ25mm合金桿；φ25mm合金桿經(jīng)過通道夾角為90°的模具進行等徑擠壓，擠壓8道次，獲得復合強化高強高導銅合金材；φ25mm復合強化高強高導銅合金材經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ10mm合金銅桿；在950℃保溫1h后快速冷卻固溶處理；φ10mm合金銅桿經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ4.5mm合金桿，在450℃保溫2h時效后，線材抗拉強度達到576mpa，導電率達到了80.6%iacs，抗軟化溫度達500℃，cu-0.7cr-0.1ag-0.3in-0.3la復合強化高強高導銅合金桿抗拉強度、導電率均有所提高。本實施例里合金配比中ag的含量也可以減至0.05%。

實施例4：原材料為純銅、cu-10%cr中間合金、純in、cu-10%la中間合金。按cu-1.0cr-0.4in-0.5la的成分比例進行配料，在中頻感應爐中進行熔煉。a.在熔煉爐內加入純銅原料，使用硼砂、石墨粉、木炭覆蓋，并加熱升溫至1250℃使銅熔化；b.熔化后加入稱取好的cu-10%cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；c.熔化后穩(wěn)定銅液溫度在1150℃并加入稱取好重量的純in，熔化后靜置10min；d.加入稱取好重量的cu-10%la中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；e熔化后，用石墨棒攪拌均勻，并直接澆鑄在圓柱形鐵模中，制得高強高導銅合金鑄坯。鑄坯在850℃，保溫1h后經(jīng)1500t臥式擠壓機擠壓成φ25mm合金桿；φ25mm合金桿經(jīng)過通道夾角為120°的模具進行等徑擠壓，擠壓10道次，獲得復合強化高強高導銅合金材；φ25mm復合強化高強高導銅合金材經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ7mm銅桿；在950℃保溫2h后快速冷卻固溶處理；φ7mm合金桿經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ4mm合金桿，在500℃保溫1.5h時效后，線材抗拉強度達到650mpa，導電率達到了65.8%iacs，抗軟化溫度達500℃，與相應合金相比，cu-1.0cr-0.4in-0.5la復合強化高強高導銅合金桿抗拉強度、導電率均得到提高。

實施例5：原材料為純銅、cu-5%cr中間合金、純in、純ag、cu-10%la中間合金、cu-5%ce中間合金、cu-5%y中間合金。按cu-0.5cr-0.1ag-0.2in-0.05la-0.15ce-0.05y的成分比例進行配料，在中頻感應爐中進行熔煉。a.在熔煉爐內加入純銅原料，使用硼砂、石墨粉覆蓋，并加熱升溫至1150℃使銅熔化；b.熔化后加入稱取好的cu-5%cr中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；c.待熔化后，加入稱取好重量的純in，待熔化后靜置10min；d.加入稱取好重量的cu-10%la、cu-5%ce和cu-5%y中間合金，并使覆蓋劑覆蓋好銅液表面；e.待熔化后，用石墨棒攪拌均勻，并直接澆鑄在圓柱形鐵模中，制得銅合金鑄坯。鑄坯在850℃，保溫1h后經(jīng)1500t臥式擠壓機擠壓成φ30mm合金桿；φ30mm合金桿經(jīng)過通道夾角為110°的模具進行等徑擠壓，擠壓9道次，獲得復合強化高強高導銅合金材；φ30mm高性能銅合金材經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ12mm銅線；在950℃保溫1h后快速冷卻固溶處理；φ12mm合金桿經(jīng)拉拔工藝拉拔至φ3.5mm合金桿，在450℃保溫0.75h時效后，線材抗拉強度達到468mpa，導電率達到了84.6%iacs，抗軟化溫度達到500℃，與cu-0.5cr-0.1ag-0.2in合金相比，cu-0.5cr-0.1ag-0.2in-0.05la-0.15ce-0.05y復合強化高強高導銅合金桿抗拉強度、導電率均有所提升。

上述實施例中必須采用純銅，以保證制成的復合強化高強高導銅合金中不可避免雜質低于0.5%。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，稀土元素在石油、化工、冶金等傳統(tǒng)領域運用廣泛。特別是近年來，隨著發(fā)光材料、永磁材料、儲氫材料等功能材料領域的迅速發(fā)展，稀土用量急劇加大。但是稀土作為共生元素，在開采、提煉過程中都一起成為產(chǎn)品。而目前各稀土元素的運用不平衡，像la、y、ce等元素運用地領域較少。而隨著稀土材料需求量的快速增長，稀土資源浪費、利用率低等矛盾日益突出。因此，如何高效利用稀土資源成為當前研究的重要，也是我國稀土產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。而本發(fā)明在原合金的基礎上，稀土添加到一定量時，稀土la、ce、y會與cu、in、ag會原位反應生成in3ce、in3la、iny2、agy、ag2ce、ag2la等高熔點金屬化合物，再結合大擠壓比、等徑擠壓等大比例變形,使合金組織破碎，高熔點化合物形成彌散分布的第二相存在于合金基體中，形成了一種原位生成的第二相彌散強化復合材料。經(jīng)過軋制或拉拔、固溶、時效等工藝，可以制備不同型號規(guī)格的高強高導銅合金材。本發(fā)明為la、y、ce等元素運用提供了有效途徑。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應該理解為本發(fā)明并不局限于以上實施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護范圍之內。