Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑Al铜合金、线材及其制备方法技术

本申请提供了一种Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑Al铜合金，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的Cr，0.05％～0.50％的Zr，0.50％～2.00％的Ni，0.10％～0.50％的Al，余量为Cu以及不可避免的杂质。本申请还公开了一种Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑Al铜合金线材。本申请还公开了一种Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑Al铜合金线材的制备方法。该铜合金线材的抗拉强度能达到800MPa～950MPa，延伸率大于5％，电导率34％～48％IACS，软化温度550℃～600℃，电弧侵蚀损耗在50mg以内。

Cu Cr Zr Ni Al copper alloy wire and preparation method thereof

This application provides a Cu Cr Zr Ni Al copper alloy, which comprises the following components: the mass fraction of 0.10% ~ 0.70% Cr, Zr 0.05% ~ 0.50%, 0.50% ~ 2% Ni, 0.10% ~ 0.50% Al, the balance of Cu and unavoidable impurities. The invention also discloses a Cu Cr Zr Ni Al copper alloy wire. The invention also discloses a preparation method of Cu Cr Zr Ni Al copper alloy wire. The tensile strength of the copper alloy wire can reach 800MPa ~ 950MPa, the elongation is more than 5%, the conductivity is 34% ~ 48%IACS, the softening temperature is 550 ~ 600 ~ C, and the arc erosion loss is less than 50mg.

【技术实现步骤摘要】
Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金、线材及其制备方法
本专利技术涉及铜合金材料
，尤其是涉及一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金、线材及其制备方法。
技术介绍
铜合金因其强度、导电性、耐磨性等综合性能优异，而被广泛应用于各个领域，比如引线框架、电焊电极、开关触头、电力火车空导线等。目前，高强度铜合金主要有铍铜、钛铜等，但其电导率较低，而铜铬系合金虽然电导率能达到70％甚至更高，但其强度一般不超过800MPa。对于如何在提高铜合金强度的同时又能保持其电导率下降不多一直以来是个技术难题。目前工业生产上主要通过添加微合金元素来增加铜合金的强度，例如添加Mg、Ag和Ti等元素来达到固溶强化的效果，添加Cr和Zr来达到沉淀强化的效果，同时经过热处理和一定的形变等工艺处理来进一步提高铜合金的强度。但还存在一定的问题：少量的合金元素强化效果不明显；大量的合金元素会恶化合金的导电性能；以及现有技术中的铜导线电导率与强度难以同时达到高标准，且耐蚀性较差。纳米析出相与高密度位错的强烈相互作用使得第二相强化效果优异，强化相本身的结构及力学性能以及与基体的错配度也会影响铜合金的整体性能。针对于不同的性能要求，应选取合适的强化体系。采用多种纳米析出相共同强化是一种十分有效的强化手段，同时通过合理的设计成分，控制各相转变及析出热动力学，搭配以合理的热处理制度使得各种强化相均能纳米弥散析出并与基体保持完全共格或者极低的错配度关系尤为重要。另外，形变及热处理的方法细化晶粒可同时提高刚的强度及韧性，同时降低缺陷敏感系数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金，该铜合金同时具有高强度、高导电性、高塑性、抗高温软化以及高耐电弧侵蚀性。本专利技术的另外一个目的是提供一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材。本专利技术的另外一个目的是提供一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材的制备方法。为解决上述的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的Cr，0.05％～0.50％的Zr，0.50％～2.00％的Ni，0.10％～0.50％的Al，余量为Cu以及不可避免的杂质。优选的，所包括的镍元素与铝元素以NiAl相或Ni3Al相存在，且2≤(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)≤7。优选的，0.67≤(铬元素的质量百分数/锆元素的质量百分数)≤5。优选的，(铬元素的质量百分数+锆元素的质量百分数)≤1％。一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材，所述铜合金线材为上述中的任意一项所述的铜合金材质。一种上述的Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材的制备方法，包括以下依次进行的步骤：熔炼、真空水平连铸、一次拉拔、固溶处理、二次拉拔、一次时效处理、三次拉拔、二次时效处理。优选的，包括以下步骤：1)熔炼：采用真空感应熔炼炉熔化纯铜杆，升温至1320±10℃保证纯铜杆熔化，然后添加纯镍、纯铝、Cu-Cr中间合金和Cu-Zr中间合金，然后待完全熔化后降至1250±10℃且保温30min以上，整个熔炼过程中保持真空度在1Pa以下；2)真空水平连铸：使用石墨材质结晶器进行水平连铸，水平连铸过程中保温炉内的熔液温度为1250℃～1300℃，拉拔速度为10mm/s～15mm/s，节距为3mm/次～5mm/次，停止时间为0.3s/次～0.6s/次，冷却水水压为0.3Mpa～0.5Mpa，冷却水进水温度小于30℃，冷却水出水温度小于55℃，连续铸造期间持续不断的通入氮气或氩气进行连铸杆表面保护，得到毛坯杆；3)一次拉拔：将步骤2)得到的毛坯杆进行一次拉拔处理，拉拔总加工率为40％～60％，每道次的拉拔加工率为15％～25％；4)固溶处理：将步骤3)一次拉拔后得到的产物进行固溶处理，固溶温度为950℃～1000℃，用室温水进行淬火；5)二次拉拔：将步骤4)固溶处理后得到的产物进行二次拉拔处理，拉拔总加工率为50％～70％，每道次的拉拔加工率为15％～25％；6)一次时效处理：将步骤5)二次拉拔处理后得到的产物进行一次时效处理，在400℃～500℃下保温0.5h～1.5h；7)三次拉拔：将步骤6)一次时效处理后得到的产物进行三次拉拔处理，拉拔总加工率为30％～50％，每道次的拉拔加工率为10％～20％；8)二次时效处理：将步骤7)三次拉拔后得到的产物进行二次时效处理，在400℃～500℃下保温3h～6h，完成后得到Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材。附图说明图1为本专利技术实施例提供的Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材的制备方法的工艺流程示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本专利技术的特征及优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本申请提供了一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的Cr，0.05％～0.50％的Zr，0.50％～2.00％的Ni，0.10％～0.50％的Al，余量为Cu以及不可避免的杂质。本申请中，Cr可明显提高合金的强度、抗高温软化性及耐蚀性能，但也会导致电导率下降；Zr元素能提高铜合金的强度和抗高温软化性能，还能细化Cr相；Al元素和Ni元素能够形成大量弥散分布的Ni3Al、NiAl等纳米级第二相粒子，使铜基体晶格畸变减少，提高合金的导电性能；且第二相粒子能与位错发生交互作用显著提高合金强度。结合各元素的特征，通过合理的控制各元素的含量及比例，使得上述铜合金同时具有高强度、导电率良好、抗高温软化、耐电弧侵蚀性强、延伸率好等优良综合性能。在本申请的一个实施例中，本申请的铜合金中，2≤(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)≤7。当2≤(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)≤7，本专利技术的铜合金的强度最优。当(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)＞7，铜合金时效时则有较多的Ni元素不能和Al元素结合形成第二相，留在基体中引起晶格畸变，从而影响铜合金的电导率；当(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)＜2，则不能形成足够的NiAl强化相，故影响铜合金的强度。在本申请的一个实施例中，本申请的铜合金中，0.67≤(铬元素的质量百分数/锆元素的质量百分数)≤5。若(铬元素的质量百分数/锆元素的质量百分数)≤0.67，则在凝固时会在晶界处形成连续的Cu5Zr初生相，会降低铜合金的强度，当(铬元素的质量百分数/锆元素的质量百分数)≥5，则Zr元素对析出Cr相的细化作用不明显，也会影响其性能。在本申请的一个实施例中，本申请的铜合金中，(铬元素的质量百分数+锆元素的质量百分数)≤1％。当(铬元素的质量百分数+锆元素的质量百分数)＞1％，则会影响其电导率。实际上，上述铜合金元素任何一种组分的多少均对铜合金的性能带来变化。每种元素具有各自独立的作用，但此元素相互组合后，元素之间相互激发，相互促进，协同作用非常明显，使铜合金的加工性能、力学性能等性能得到了显著提高。本申请还提供了一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材，所述铜合金线材为上述中的任意一项所述的铜合金材质。本申请还提供了一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑Al铜合金，其特征在于，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的Cr，0.05％～0.50％的Zr，0.50％～2.00％的Ni，0.10％～0.50％的Al，余量为Cu以及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金，其特征在于，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的Cr，0.05％～0.50％的Zr，0.50％～2.00％的Ni，0.10％～0.50％的Al，余量为Cu以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所包括的镍元素与铝元素以NiAl相或Ni3Al相存在，且2≤(镍元素的质量百分数/铝元素的质量百分数)≤7。3.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，0.67≤(铬元素的质量百分数/锆元素的质量百分数)≤5。4.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，(铬元素的质量百分数+锆元素的质量百分数)≤1％。5.一种Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材，其特征在于，所述铜合金线材为权利要求1～4中的任意一项所述的铜合金材质。6.一种权利要求5所述的Cu-Cr-Zr-Ni-Al铜合金线材的制备方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：熔炼、真空水平连铸、一次拉拔、固溶处理、二次拉拔、一次时效处理、三次拉拔、二次时效处理。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)熔炼：采用真空感应熔炼炉熔化纯铜杆，升温至1320±10℃保证纯铜杆熔化，然后添加纯镍、纯铝、Cu-Cr中间合金和Cu-Zr中间合金，然后待完全熔化后降至1250±10℃且保温30min以上，整个熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖翔鹏，陈金水，王俊峰，许海，张建波，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36