一种新型铜合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种新型铜基合金及其制备方法，属于铜基电工合金材料领域。
【背景技术】
[0002] 高强高导电铜基电工合金是指在具有优良的导电、导热性能的同时又兼顾高的强 度和优异的高溫性能的合金，其主要要求是在不损失导电率和导热率的前提下，使合金的 强度提高。铜基合金材料主要用作汽车、摩托车、电工、电子、电力等行业中的电阻焊电极、 电刷、引线框架、导电桥等材料，还可用于替代有毒的被青铜、憐青铜等制作继电器支座和 高低压接插元件等。目前，国内外运类合金按其化学成分、强度和导电率主要分为四类： 阳00引 （1)高强高导电铜合金，抗拉强度5001?曰~6001?曰，导电率80%~90%14〔5，如 化-化-Zr，化-Ag-化，化-化或Zr合金，化/Alz化，化/RE2O3等。运类合金具有较高的力学性 能和导电、导热性能；
[0004] 似中强高导电铜合金，抗拉强度3501口3~5501口曰，导电率70%~98%14〔5，如 化-Ag，化-Cd，化-化，Qi-Zr等； 阳0化](3)高强中导电铜合金，抗拉强度TOOMPa~SOOMPa，导电率40%~50%IACS。如Cu-Be，Cu-Ni-Si，Cu-Ni-Co等；
[0006] (4)超高强低导电铜合金，抗拉强度> 900MPa，导电率=10%~30%lACS，如 Qi-Ti，Qi-Be-Co等。
[0007] 近年来，随着新型铜合金材料相关应用行业的发展，对传统铜基电工材料提出了 更高的要求，例如：在室溫和高溫保持高的导电、导热性，硬度高，具有良好的抗变形能力及 加工性能等。多年来，该领域新材料的研究主要集中于铜一过渡族元素，如：化-Zr、化-化、 化-Ni-TiXu-Be-CoXu-Mo-Fe等。制备技术为合金烙铸法。强化手段为形变强化、固溶强 化或时效强化等。虽然运些方法对铜基合金材料的性能和使用范围有所改善，但对材料导 电率、高溫强度、高溫硬度、软化溫度、减磨性能等综合性能几乎无明显改进。
[0008] 贵研销业股份有限公司在长期从事电工合金W及稀±元素应用研究和开发的基 础上，选择混合重稀±元素（Sm、Er、孔）作为添加剂，发现稀±元素有效地促进了化合金的 组织细化过程，形成多相金属间化合物和稀±氧化物，并且均匀地分布于化合金的晶内和 晶界上，明显改善了材料的组织结构和与碳纳米管的结合界面，提高了材料的力学性能和 高溫强度、软化溫度等；特别是添加碳纳米管（CNTs)固体润滑剂在合金中可明显起到自润 滑作用，从而提高合金的摩擦磨损性能；然而，对合金材料的塑性和电阻率影响较小。
[0009] 因此，利用添加混合稀±元素、真空烙炼合金化、快速凝固雾化制粉、机械合金化 球磨混合、冷等静压、真空烧结、热等静压、挤压、社制等先进加工技术的优化集成，为新型 铜基合金材料及其制品的制备提供了新途径。
【发明内容】
[0010] 本发明的特种铜合金材料，其化学成份（重量％ )为：0.01~5. 0Sm，0. 01~ 5.OEr，0. 01 ~5.ο孔，0. 1 ~5.OIn，0. 01 ~0. 5 碳纳米管，余量为Cu。
[0011] 特种铜合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤： 阳〇1引 （1)在真空中频烙炼炉中（真空度：<lXl〇-2Pa)烙炼按比例配置好的化、Sm、化、 孔、In合金； 阳〇1引 似在真空条件下（真空度：<lXl〇-2Pa)W冷却速率1〇4~l〇5K/s将步骤（1)中 所得的合金烙化后的液体雾化成合金粉末；
[0014] (3)在机械合金化高能球磨设备中将化Sm化孔In合金粉末与碳纳米管（CNTs)混 合，48小时； 阳01引 （4)在100MP~200MPa的压力下将步骤（3)中所得到的合金粉末进行冷等静压成 形；
[0016] 妨在800°C~900°C的条件下，真空烧结（真空度：<6X10-3Pa)步骤（4)中所 得到的合金压巧；
[0017] (6)再将化Sm化孔InCNTs合金锭巧在Ar气保护条件下，压力为150MP~250MPa， 溫度为700°C~800°C的条件下，进行热等静压，获得相对密度在99. 9%W上的合金锭巧。
[0018] (7)将步骤化）中获得的合金锭巧进行热挤压，得到管材、棒材或板材产品，挤压 比>20:1，挤压溫度为700 °C~850 °C。
[0019] (8)挤压材料再经过拉拔、社制、热处理等工序加工，制备成管材、棒材或片材等半 成品；拉拔、社制变形量为10%~30%，热处理溫度为500°(：~700°(：。
[0020] (9)根据使用要求，再进行管材、棒材或片材半成品材料的精深加工，最终制备得 到CuSm化孔InCNTs新型铜基合金产品。
[0021] (10)本制备工艺简单，新型铜合金导电性高、冲击初性好，对环境无污染，适合于 规模化生产。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的特种铜合金材料，其化学成份（重量％ )为：0.01~5. 0Sm，0. 01~ 5. 0Er，0. 01~5. 0孔，0. 1~5.ΟΙη,Ο. 01~0. 5碳纳米管，余量为化。本发明的铜衫巧镜 铜碳纳米管新材料具体实施列为：材料的物理、力学性能及冲击初性，具体如表1所示。
[0023] 表1.化Sm化孔InCNTs合金的技术性能指标
[0024]
【主权项】
1. 一种铜合金材料，其特征在于其化学成份的重量％为：〇. 01~5. 0Sm，0. 01~ 5.OEr，0· 01 ~5.OYb，0· 1 ~5·OIn，0· 01 ~0· 5 碳纳米管，余量为Cu。2. 铜基合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列制备工艺步骤： (1) 在真空中频熔炼炉中熔炼按其化学成份的重量％为：0.01~5.OSm，0.01~ 5. 0Er，0. 01~5. 0Yb，0. 1~5. 01n，0. 01~0. 5碳纳米管，余量为Cu的比例配置好的Cu、 Sm、Er、Yb、In合金； (2) 在真空度：〈IX10_2Pa的真空条件下，以冷却速率104K/s~105K/s将步骤⑴中 所得的合金熔化后的液体雾化成合金粉末； (3) 在机械合金化高能球磨设备中将CuSmErYbln合金粉末与碳纳米管（CNTs)混合，48 小时； (4) 在100MP~200MPa的压力下将步骤（3)中所得到的合金粉末进行冷等静压成形； (5) 在800°C~900°C的条件下，真空烧结步骤（4)中所得到的合金压坯； (6) 再将CuSmErYblnCNTs合金锭坯在Ar气保护条件下，压力为150MP~250MPa，温度 为700°C~800°C的条件下，进行热等静压，获得相对密度在99. 9 %以上的合金锭坯。 (7) 将步骤（6)中获得的合金锭坯进行热挤压，得到管材、棒材或板材等半成品材料， 挤压比>20:1，挤压温度为700 °C~850°C; (8) 挤压材料再经过拉拔、乳制、热处理等工序加工，制备成管材、棒材或片材等半成 品；拉拔、乳制变形量为10%~30%，热处理温度为500°(：~700°(：; (9) 根据使用要求，再进行管材、棒材或片材等半成品的精深加工，最终制备得到 CuSmErYblnCNTs新型铜基电工合金产品。3. 根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)真空 中频熔炼炉中的真空度：<lXl〇_2Pa。4. 根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5)在 800°C~900°C的条件下真空烧结的真空度<6Xl(T3Pa。
【专利摘要】本发明涉及一种新型铜合金及其制备方法，铜合金的重量百分比化学成份为：0.01～5.0Sm，0.01～5.0Er，0.01～5.0Yb，0.1～5.0In，0.01～0.5碳纳米管，余量为Cu。其制备方法为：将铜、钐、铒、镱(混合稀土元素)、铟(In)按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼炉中合金化，再制粉，通过快速凝固惰性气体冷却，制备成CuSmErYbIn合金粉末；再与碳纳米管进行机械合金化混合，混合粉末再经过退火、冷等静压成型、真空烧结、热等静压、热挤压等工艺加工，获得具有管材、棒材或板材等形状的铜合金产品。该合金材料具有导电、导热性好，室温强度大，软化温度高和减磨效果好等特点，可用做机电等行业中的导电杆、电极、电刷和换向器等材料,对环境无污染，适合于规模化生产。
【IPC分类】C22C1/05, C22C9/00, C22F1/08
【公开号】CN105369051
【申请号】CN201510755128
【发明人】谢明, 李爱坤, 朱绍武, 张吉明, 杨有才, 陈永泰, 李再久, 朱刚, 王松, 王塞北, 胡洁琼, 刘满门, 陈松, 魏宽
【申请人】昆明贵金属研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月9日