一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材及其制备方法，属于金属材料制备技术领域。本发明专利技术的高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，包括以下步骤：（1）配料与熔炼；（2）热型水平连铸：熔体采用热型水平连铸，得坯料；所述热型水平连铸的结晶器为热型结晶器，热型结晶器中熔体的温度保持在铜银系合金线材的熔点之上；所述热型水平连铸的冷却方式为两次冷却且为水冷；（3）组合形变热处理：将坯料依次进行固溶处理、拉拔塑性变形处理和时效热处理，即得。该方法有利于铸态组织的改善，提高铜银合金的导电性、导热性和抗拉强度，可实现连续化生产。

A Copper-Silver Alloy Wire with High Strength, High Conductivity and High Thermal Conductivity and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材及其制备方法
本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材及其制备方法。
技术介绍
铜银系合金常作为电子通讯设备中信号传输的关键材料，随着铜合金型材领域向高传输速率、高保真、高保清等方向发展，对材料的强度、导电率、导热率、组织一致性和均匀性等提出了更高要求。传统的铜银合金棒材制备方法为：熔炼、半连续铸造、挤压或锻造、多道次拉拔、热处理等。其存在以下局限性：由于传统铜银合金棒材制备工艺需要先进行熔炼并铸造出铸锭，然后对铸锭进行扒皮、去冒口等机加工，然后进行二次加热塑性变形，最后通过多道次拉拔和热处理完成棒材组织性能改善。整个制备过程工序多、周期长，难以实现较长棒材的连续化生产；同时，熔炼铸造过程易产生缩孔、中心空洞、夹杂等缺陷，性能无法满足使用要求。连续铸造技术是将熔融金属引进一种叫做结晶器的铸型当中，金属液在结晶器中凝固并从另一端拉出的连续化生产技术，理论上只要熔液连续不断的补充，就能铸造出任意长度的型材。目前，从结晶器与熔炼炉的相对方向，主要工艺是上引连铸；同时，主要通过在结晶器周围通冷却水实现熔液的冷却凝固。申请公布号为CN105414238A、CN106205870A的中国专利技术专利申请所涉及的制备方法采用的是冷型结晶器，在铸造过程中容易卷入夹杂物，金属熔体在铸型内壁形核，并垂直于内壁向中心生长。该方法虽能消除垂直应力轴的横向晶界，但温度梯度不够高，散热方向很难统一在一维方向。因此晶体有充分的时间长大，易形成比较大的树枝晶，且在凝固末期还会形成等轴晶。这就造成了晶粒粗大，枝晶偏析，得不到比较规则的柱状晶或单晶。目前的产业化制备技术熔炼、半连续铸造、挤压或锻造、多道次拉拔、热处理等，工序多、周期长，难以实现较长棒材的连续化生产；同时，熔炼铸造过程易产生缩孔、中心空洞、夹杂等缺陷，性能无法满足使用要求。申请公布号为CN104818443A的中国专利技术专利申请公开了一种铜银合金线材的短流程高效生产方法，该生产方法是采用温型连铸方法制备出具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、直径1～30mm的铜银合金线坯，温型连铸的拉坯速度为1～600mm/min；对于直径15～30mm的铜银合金线坯，在室温或低于线坯再结晶温度20～50℃的温度下进行轧制，轧制道次为1～12，获得直径8～15mm的铜银合金线材，然后采用拉拔的方法，在室温下经过7～12道次的粗拉，再精拉到直径为10～50μm的线材；对于直径1～15mm的线坯，直接采用拉拔的方法，在室温下经过7～12道次的粗拉，再精拉到直径为10～50μm的线材。授权公告号为CN106591753B的中国专利技术专利公开了一种铜铬锆合金高铁接触线的短流程制备加工工艺，该工艺的流程包括：(1)棒坯连续铸造：采用热冷组合铸型水平连铸技术制备直径20～100mm，具有强轴向取向柱状晶组织的铜铬锆合金；(2)连续固溶处理：对步骤(1)中所制备的铜铬锆合金棒坯进行在线感应加热连续固溶淬火处理，固溶温度为850～1100℃，固溶时间为2～60min，采用循环冷却水进行喷淋淬火；(3)室温轧制/拉拔变形：对步骤(2)中所制备的铜铬锆合金线材进行室温轧制/拉拔变形，总面缩率为20～90％，道次面缩率为5～40％；(4)连续时效处理：对步骤(3)中冷变形的铜铬锆合金线材进行在线感应加热连续时效处理，时效温度为400～550℃，时效时间为5～120min；(5)拉拔变形：对步骤(4)中所制备的铜铬锆合金线材进行拉拔变形，总面缩率为5～50％，道次面缩率为5～20％；(6)连续时效处理：对步骤(5)中所制备的铜铬锆合金线材进行第二次在线感应加热连续时效处理，时效处理的温度为300～500℃，时效处理时间为5～60min。现有技术中的铜银系合金采用温型连铸、冷型连铸、热冷组合连铸，并未见采用热型连铸的方式制备铜银系合金。不同于其他铜基材料，银自身的导电性能优异，加入铜中以后对导电率的降低较少，同时铜基材料还可以添加有Cr、Zr、Nb等其他微合金化元素，由于高温和室温条件下微合金化元素在铜中的固溶度相差较大，可以起到显著的时效析出强化效果，但正是因为高温和室温固溶度相差大，使得采用冷型连铸、温型连铸、热冷组合连铸的工艺时，液固界面前沿难以形成沿水平连铸方向稳定一致、几乎平行的结晶凝固趋向，从而无法实现晶界少的定向凝固组织，甚至单晶组织，这种组织对于提高合金的导电导热性能具有重要作用。此外，铜银系合金采用热冷组合连铸后，依次进行固溶处理、拉拔处理和时效处理，液固界面前沿由于过大过冷度的存在容易形成V型界面，无法实现凝固组织的定向生长，导致后续虽然采用固溶、拉拔、时效处理，但最终性能会由于先天铸态组织遗传导致的组织性能不均匀、晶粒取向杂乱等问题。现有技术中的铜银系合金并没有在采用热型连铸后，依次进行固溶处理、拉拔处理和时效处理的步骤。
技术实现思路
本专利技术提供一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，该方法有利于铸态组织的改善，提高铜银合金的导电率和强度，可实现连续化生产。本专利技术还提供上述制备方法制得的高强度、高导电和高导热铜银系合金线材，该高强度、高导电和高导热铜银系合金线材导电率高、抗拉强度大，综合性能好。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，包括以下步骤：(1)配料与熔炼：按照铜银系合金线材的组成选配原料，将原料加热熔炼得熔体，熔炼的温度为1100℃～1300℃；(2)热型水平连铸：熔体采用热型水平连铸，得坯料；所述热型水平连铸的结晶器为热型结晶器，热型结晶器中熔体的温度保持在铜银系合金线材的熔点之上；所述热型水平连铸的冷却方式为两次冷却且为水冷；(3)组合形变热处理：将坯料依次进行固溶处理、拉拔塑性变形处理和时效热处理，即得高强度、高导电和高导热铜银系合金线材；所述固溶处理是在890～980℃下保持0.5～2.0h，然后水冷；所述拉拔塑性变形处理为5～10个道次的冷拉拔塑性变形处理，单道次变形量大于30％，总变形量大于80％；所述时效处理是在400～600℃下保持0.5～12h，然后冷却，冷却方式为随炉冷却、空冷或风冷中的任意一种。首先，该制备方法采用热型结晶器进行加热结晶，热型结晶器中熔体的温度保持在铜银系合金线材的熔点之上，使其液固界面前沿形成沿水平连铸方向稳定一致的结晶凝固趋向，避免在铸型内壁形核，形成单向散热；形成的稳定液固界面前沿有利于形核后沿定向凝固方向择优生长，减少晶界缺陷，有利于沿水平连铸方面铸态组织的改善。其次，通过两次水冷过程，进一步强化冷却效果，稳定铜银系合金线材内部的组织结构。最后，将经过水平连铸的坯料在固溶和时效之间增加5～10个道次的大变形量的拉拔冷变形处理，为后续的时效热处理提供析出能量储备，提高强化相析出速率和析出率，产生时效析出强化、形变强化、细晶强化的多种强化效果，提高铜银系合金的强度、导电性能、导热性能等综合性能，可实现连续化生产。为提高铜银系合金线材的性能，优选的，步骤(1)中所述铜银系合金线材的组成为铜、银、铬、锆和铌，且铜、银、铬、锆和铌的质量比为(92.3～99.9)：(0.1～4.0)：(0～1.5)：(0～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）配料与熔炼：按照铜银系合金线材的组成选配原料，将原料加热熔炼得熔体，熔炼的温度为1100℃~1300℃；（2）热型水平连铸：熔体采用热型水平连铸，得坯料；所述热型水平连铸的结晶器为热型结晶器，热型结晶器中熔体的温度保持在铜银系合金线材的熔点之上；所述热型水平连铸的冷却方式为两次冷却且为水冷；（3）组合形变热处理：将坯料依次进行固溶处理、拉拔塑性变形处理和时效热处理，即得高强度、高导电和高导热铜银系合金线材；所述固溶处理是在890~980℃下保持0.5~2.0h，然后水冷；所述拉拔塑性变形处理为5~10个道次的冷拉拔塑性变形处理，单道次变形量大于30%，总变形量大于80%；所述时效处理是在400~600℃下保持0.5~12h，然后冷却，冷却方式为随炉冷却、空冷或风冷中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）配料与熔炼：按照铜银系合金线材的组成选配原料，将原料加热熔炼得熔体，熔炼的温度为1100℃~1300℃；（2）热型水平连铸：熔体采用热型水平连铸，得坯料；所述热型水平连铸的结晶器为热型结晶器，热型结晶器中熔体的温度保持在铜银系合金线材的熔点之上；所述热型水平连铸的冷却方式为两次冷却且为水冷；（3）组合形变热处理：将坯料依次进行固溶处理、拉拔塑性变形处理和时效热处理，即得高强度、高导电和高导热铜银系合金线材；所述固溶处理是在890~980℃下保持0.5~2.0h，然后水冷；所述拉拔塑性变形处理为5~10个道次的冷拉拔塑性变形处理，单道次变形量大于30%，总变形量大于80%；所述时效处理是在400~600℃下保持0.5~12h，然后冷却，冷却方式为随炉冷却、空冷或风冷中的任意一种。2.根据权利要求1所述的高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铜银系合金线材的组成为铜、银、铬、锆和铌，且铜、银、铬、锆和铌的质量比为（92.3~99.9）：（0.1~4.0）：（0~1.5）：（0~1.2）：（0~1.0）。3.根据权利要求2所述的高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铜银系合金线材的组成为铜和银，且铜和银的质量比为（96.0~99.9）：（0.1~4.0）。4.根据权利要求2所述的高强度、高导电和高导热铜银系合金线材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铜银系合金线材的组成为铜、银和铬，且铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延军，宋克兴，郭保江，张彦敏，孔令宝，国秀花，康军伟，杨冉，张学宾，刘海涛，李韶林，程楚，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41