一种高强高导铜合金屏蔽材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种高强高导铜合金屏蔽材料及其制备方法，属于有色金属加工领 域。
【背景技术】
[0002] 随着中国经济的快速增长，工业化和城镇化的不断提高，超高压特高压输电网和 农网改造的进一步加快十一五"期间电缆工业获得了快速发展。电缆主要由导电线忍、绝 缘层、密封护套和保护覆盖层四部分组成。其中保护覆盖层主要用来保护密封护套免受机 械损伤。一般采用锻锋钢带、钢丝或铜带、铜丝等作为链甲包绕在护套外，链装层主要起防 止外界电磁波干扰的作用。因此，保护覆盖层材料应具有一定的机械强度、导电能力和抗电 磁屏蔽性能。
[0003] 随着科学技术的迅猛发展，电子电气设备的日益更新，电磁波谱也不仅仅停留在 无线电波范围内，正迅速向低端声频、次生频和高端光频扩展，从而使电磁福射引发的电磁 干扰已经成为继水污染、空气污染和噪音污染的第四大社会公害。电磁干扰不仅影响通信 设备、电子设备工作的稳定性、安全性W及可靠性，而且危害人类身体健康。特别是在某些 恶劣环境下，电磁环境趋于复杂化，除了雷电、静电等自然电磁干扰源之外，还出现了干扰 效果更为强烈的人为干扰源，如无线电通信、导航等释放的干扰。所W，对电线电缆保护覆 盖层材料的抗电磁屏蔽性能提出了更高的要求。目前，广泛使用的屏蔽材料主要是传统的 高导电金属材料和铁磁性材料。但W上材料都存在电磁屏蔽频段窄，低频段屏蔽效能不理 想的缺点。因此，提高电磁屏蔽效能和拓宽频率范围是电磁屏蔽防护材料最重要的研究内 容。
[0004] 铜及铜合金具有较高强度、初性好、耐磨、延展性好、导电导热性高、优良的耐腐蚀 能力等性能特点，广泛地使用于电子电器、航空航天、机械制造等领域。虽然铜及铜合金具 有优良的导电性，能在高频环境下具有良好的抗电磁屏蔽性能，但在低频段电磁屏蔽效果 不理想。因此，开发出一种具有高导电率高电磁屏蔽效能（屏蔽频率宽）的铜合金已迫在 眉睫。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的是弥补现有铜合金性能的不足，开发出一种高强度高导电率铜 合金屏蔽材料及其制备方法。
[0006] 一种高强高导铜合金屏蔽材料，它的重量百分比组成为：化0. 05~0. 75%，Zr 0. 01 ~0. 05%，Ag 0. 012 ~0. 12%，Fe 0. 005 ~0. 05%，B 0. 002 ~0. 01%，其余为 Cu， 其中，银与错的质量比为1. 2~2. 4。 阳007] 所添加合金元素的作用：
[0008] 铭：铭元素主要在时效过程中W单质铭析出，提高合金的强度和电导率。由于铭元 素在铜中最大的溶解度为0. 75%。因此，本发明的铜合金的化含量小于0. 75%，当铭含量 小于0. 05 %，对合金强度的提高不明显。
[0009] 错：由铜-错二元相图可知，错元素在时效过程中会与铜结合，形成铜错析出相， 提高合金的强度和电导率，通常错含量为0. 02~0. 16%。但由于铜错析出相是一种圆盘 状，惯习面为基体{111}面的析出相，所W错元素对铜错或铜铭错系合金强度贡献不是很 大。另外，错元素铜合金烙炼过程中容易烧损，回收率低。因此，本发明选择用银元素代替 部分错元素，对铜铭错系合金的成分进行优化和设计。故本发明中错元素的含量为0. 01~ 0.05%，主要作用是在时效过程中促进单质铭相的析出和抑制单质铭相的长大，提高合金 的高溫稳定性。
[0010] 银：少量的银元素除了可W在不明显减低合金电导率的前提下，提高合金的强度 和抗高溫软化性能外，还对析出相有着显著的影响。在本发明中添加 W银元素，不仅仅可W 抑制单质铭相的长大，还能抑制铜错相、单质铁相和棚铭相的长大，从而提高合金的强度和 电导率。考虑到银和错元素在对析出相和合金性能上具有相类似的作用，现用银代替错。 因此，Ag/Zr的原子比应为1~2,即Ag/Zr的质量比为1. 2~2. 4。所W，对应的银含量为 0. 012 ~0. 12%。
[0011] 铁：由铜-铁二元相图可知，在1096 °C时，铁在铜中的最大固溶度为4 %，但在 300°C W下，铁在铜中的固溶度只有不到0. 0004%，因此，在合金中添加0. 005~0. 05%，能 显著提高合金的强度，并且能改善合金的抗电磁屏蔽性能。
[0012] 棚：由铜-棚二元相图可知，在共晶溫度1013°c时，棚在铜中的最大溶解度为 0.05wt%，随着溫度的下降迅速降低到零，但棚与铜不形成化合物，但可W与铭相结合，形 成棚铭化合物，进一步净化基体，提高合金的电导率，能显著提高合金的抗电磁屏蔽效能， 特别是低频段电磁屏蔽性能。但是当合金中的棚含量超过0.01%时，合金中没有多余的铭 与棚结合，容易产生棚过量，会降低合金的电磁屏蔽性能。而棚含量低于0. 002%时，合金的 抗电磁屏蔽性能不明显。因此，本发明中棚含量为0. 002~0. 01%。
[0013] 本发明的另一目的是提供上述高强高导铜合金屏蔽材料的制备加工方法。
[0014] 一种高强高导铜合金屏蔽材料的制备加工方法，包括W下工艺流程：a.按照质量 百分比进行配料、投料、烙炼及铸造，b.热社，C.固溶处理，d. -次冷社，e.时效处理，f.二 次冷社，g.退火处理。
[0015] 步骤a中，采用真空中频感应炉进行烙铸，所述的烙炼的溫度为1200~1250°C，所 述铸造的溫度控制在1100~115(TC。
[0016] 在烙炼前，在氧化儀相蜗中加入电解铜、纯银、纯铁、化-5 %化、化-10 % Zr和 化-3% B中间合金，将溫度升至1200~1250°C，待电解铜铜烙化后，抽真空，真空度小于 0.1 Pa，然后再通入氮气，待烙体完全烙化后，均匀揽拌，保溫lOmin后诱铸。
[0017] 步骤b中，将上述合金铸锭在步进箱式炉中进行加热，溫度为900~950°C，保溫时 间为1~化，然后再进行热社，终社溫度控制在750~800°C，随后进行水冷。
[0018] 步骤C中，将热社后板材放置箱式退火炉进行固溶处理，固溶处理溫度为900~ 1000°C，保溫时间为1~地，冷却方式为水冷。
[0019] 步骤d中，将固溶处理后的板材进行一次冷社，加工率为70~90%。
[0020] 步骤e中，将冷社后的板材放置箱式退火炉进行时效处理，时效处理溫度为400~ 500°C，保溫时间为4~lOh，冷却方式为空冷。
[0021] 步骤f中，将时效处理后的板材进行二次冷社，加工率为50~70%。
[0022] 步骤g中，将冷社后的板材放置在箱式退火炉中进行退火处理，退火溫度为400~ 600°C，保溫时间为1~化。此过程主要控制退火溫度来调控合金组织与性能的关系，尤其 提高合金电磁屏蔽性能。
[0023] 本发明的优点：本发明通过对铜合金进行成分设计和优化，获得一种高强度高导 电率铜合金屏蔽材料，其化学成分为：铭含量为0. 05~0. 75%，错含量为0. 01~0. 05%， 银含量为0. 012~0. 12 %，铁含量为0. 005~0. 05 %，棚含量为0. 002~0. 01 %，其中合金 银与错的元素质量比满足：1. 2《Ag/Zr《2. 4。另外，为了保证合金同时具有高强度、高导 电率和优良的电磁屏蔽性能，本发明开发出了一种适用于上述铜合金的制备加工方法，经 加工热处理后的铜合金材料抗拉强度为500~550MPa，电导率为88~93 % IACS，延伸率为 6~15%，抗电磁屏蔽性能90~150地（频率：50曲Z~IGHz)，完全满足电线电缆对保护覆 盖层材料的使用要求。
[0024] 下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围 的限制。
【具体实施方式】
[00巧]本发明的高强高导铜合金屏蔽材料，它含有如下重量百分数的化学成分：化 0. 05 ~0. 75%，Zr 0. 01 ~0. 05%，Ag 0. 012 ~0. 12%，Fe 0. 005 ~0. 05%，B 0. 002 ~ 0. 01%，其余为化。其中，所述铜合金中成分的质量比满足：1. 2《Ag/Zr《2. 4。
[00%] 上述高强高导电铜合金屏蔽材料的制备及加工方法，包括W下工艺流程：a.按照 质量百分比进行配料、投料、烙炼及铸造，b.热社，C.固溶处理，d. -次冷社，e.时效处理， f.二次冷社，g.退火处理。其中，具体的投料顺序为：在氧化儀相蜗中加入电解铜、纯银、 纯铁、化-5%化、化-10% Zr和化-3% B中间合金，将溫度升至1200~1250°C，待电解铜 铜烙化后，抽真空，真空度小于0.1 Pa，然后再通入氮气，待烙体完全烙化后，均匀揽拌后诱 铸。烙炼的溫度为1200~1250°C，诱铸的溫度控制在1100~115(TC ;热社溫度为900~ 950°C，保溫时间为1~化，终社溫度控制在750~800°C ;固溶处理溫度为900~1000°C， 时间为1~地，冷却方式为水冷；一次冷社的加工率为70~90% ;时效处理溫度为400~ 500°C，为4~lOh，冷却方式为空冷；二次冷社的加工率为50~70%;退火处理溫度：400~ 600°C，保溫时间为1~化。 阳〇27] 实施例1 阳02引本发明的合金采用W下原料烙炼：电解铜、纯银、纯铁、化-5%化、化-10% Zr及 化-3% B中间合金。合金的成分见表1的实施例1。 W29] 1.烙炼：在氧化儀相蜗中加入电解铜、纯银、纯铁、化-5 %化、化-10 % Zr和 化-3% B中间合金，将溫度升至1200°C，待电解铜铜烙化后，抽真空，真空度小于0.1 Pa，然 后再通入氮气，待烙体完全烙化后，均匀揽拌后诱铸，诱铸溫度为115(TC。
[0030] 2.热社：对合金进行加热，溫度为900°C，保溫时间为化，终社溫度为750°C，冷却 方式为水冷。
[0031] 3.固溶处理：将热社后的板材放置箱式退火炉进行固溶处理，固溶处理溫度为 900°C，保溫时间为地，冷却方式为水冷。
[0032] 4. 一次冷社：将固溶处理后的板材进行冷社，加工率为70%。
[0033] 5.时效处理：将冷社板带材放置箱式退火炉进行时效处理，时效处理溫度为 400°