析出强化型高强高导CuZr合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种析出强化型高强高导CuZr合金及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：熔炼、均匀化处理、热轧、固溶处理；还包括使轧辊保温箱内温度达到-150～-180℃；用铣床铣光Cu-Zr合金表面氧化膜缺陷后，将Cu-Zr合金厚度加工至16～19mm，在Cu-Zr合金表面包裹一层0.1～0.3mm厚的铜皮，在液氮中浸泡25～40min使Cu-Zr合金温度充分达到液氮温度，然后迅速轧制，直至厚度为1.5mm，获得析出强化型高强高导CuZr合金。本发明专利技术采用低温轧制工艺制备析出强化型高强高导CuZr合金的方法简单、易行，采用该方法制备得到的析出强化型高强高导CuZr合金具有优良的力学性能和导电性能。

【技术实现步骤摘要】
析出强化型高强高导CuZr合金及其制备方法
本专利技术涉及材料技术，尤其涉及一种析出强化型高强高导CuZr合金及其制备方法。
技术介绍
铜及铜合金由于较高的强度和良好的导电性，广泛应用于轨道交通接触线、集成电路引线框架、电阻焊电极及小型电子设备。固溶原子、晶体缺陷、晶粒尺寸等因素影响铜合金的导电性，其中，固溶原子使铜基体产生较大的晶格畸变，大幅度降低铜合金的导电性能。因此，相比与固溶强化型铜合金，析出强化型铜合金成为制备高强高导铜合金的热点。强度和导电性是一对相互矛盾的性能，提高力学性能就不可避免地降低导电性。弥散分布的析出相提高铜合金强度的同时，对导电性能影响较小，因而可以制备高强高导产品。CuZr合金是一种典型的析出强化型铜合金，传统的热机械处理法(热轧-固溶-冷轧-时效)可以获得一定的强度和良好的导电性，但是强度难以满足日益发展的产品需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有CuZr合金强度难以满足日益发展的产品需求的问题，提出一种析出强化型高强高导CuZr合金的其制备方法，该方法简单、易行，采用该方法制备得到的合金具有优良的力学性能和导电性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种析出强化型高强高导CuZr合金的制备方法，包括以下步骤：(1)、熔炼：将电解铜置于熔炼炉内，升温至1200～1280℃，保温8～15min，加入Cu-Zr中间合金，保温8～15min，待降温至1000～1100℃将Cu-Zr合金浇注到经过预热的钢铸模中；(2)、均匀化处理：将浇注有Cu-Zr合金的钢铸模置于氩气保护的箱式热处理炉中，在850～920℃下保温4～8小时，随炉冷却至室温；(3)、热轧：用铣床铣光Cu-Zr合金表面的氧化膜和夹杂后，在820～900℃下保温1～2小时后热轧，热轧至18～25mm厚，优选为20mm；(4)、固溶处理：将Cu-Zr合金置于氩气保护的箱式热处理炉中，在950～980℃下保温1～3小时，后迅速用冷水淬火；(5)、轧辊预冷处理：使轧辊保温箱内温度达到-150～-180℃；(6)、低温轧制：用铣床铣光Cu-Zr合金表面氧化膜缺陷后，将Cu-Zr合金厚度加工至16～19mm，在Cu-Zr合金表面包裹一层0.1～0.3mm厚的铜皮，铜皮采用电烙铁焊上，在液氮中浸泡25～40min使Cu-Zr合金温度充分达到液氮温度(77K)，然后迅速轧制，直至厚度为1～2mm，优选为1.5mm，获得析出强化型高强高导CuZr合金。所述在Cu-Zr合金表面包裹一层铜皮为采用电烙铁在Cu-Zr合金表面焊上一层铜皮。(7)、时效处理：时效工艺为350～400℃、90～120min。进一步地，本专利技术所采用的电解铜和CuZr中间合金在使用前均需进行预处理：首先采用铜氧化皮清洗剂清洗，洗除表面氧化物及杂质；然后用无水乙醇在超声波清洗机内清洗表面，在鼓风干燥箱中80～150℃下烘干1～2h备用。进一步地，步骤(1)中电解铜与Cu-Zr中间合金的物料比为160～170:1，优选为163:1；所述电解铜纯度≥99.97％；所述Cu-Zr中间合金中Zr所占的质量百分数为45～55％。进一步地，步骤(1)中采用的熔炼炉为真空中频感应熔炼炉。进一步地，步骤(1)中所述预热的钢铸模温度为300～350℃。所述钢铸模为方型钢铸模，可以理解本专利技术还可采用其他形状铸模，但方型铸模经济性最佳，因采用其他铸模铸造后，还需要将材料加工成方型。进一步地，步骤(3)中热轧为：每道次下压2～3mm，直至轧制20mm厚为止，每道次轧制后需保温7～15min。进一步地，步骤(4)中的淬火为冷水淬火。进一步地，步骤(5)中轧辊预冷处理包括以下步骤：轧辊先低速空转，关闭前后两个可滑动挡板，打开温度传感器，打开各处管阀，启动蠕动泵，调节液氮流量500-1000ml/min,最佳800ml/min，使轧辊保温箱内温度达到-150～-180℃时，关闭蠕动泵，关闭各处管阀，打开前后两个可滑动挡板。进一步地，步骤(6)中迅速轧制的每道次下压1mm，每道次结束后立即将Cu-Zr合金放入液氮中，保温8～10min后开始下一道次轧制。进一步地，步骤(6)后，对析出强化型高强高导CuZr合金进行时效处理，时效处理条件为：温度350-400℃，时间为90-120min。本专利技术的另一个目的，还提供了一种析出强化型高强高导CuZr合金，采用上述方法制备而成。本专利技术公开了一种采用低温轧制工艺制备析出强化型高强高导CuZr合金的方法，该方法简单、易行，采用该方法制备得到的合金具有优良的力学性能和导电性能能。具体地，本专利技术与现有技术相比较具有以下优点：本专利技术采用低温轧制工艺，将CuZr合金浸泡在液氮中轧制，能有效抑制位错的运动及动态回复，从而大幅度细化晶粒，在CuZr合金中储存大量机械能以促进后续的时效过程并且促进后续时效析出的过程。通过改善轧制工艺本专利技术制备得到具有更优异强度和导电性的析出强化型铜锆合金。以Cu-0.3％(质量分数)Zr合金为例，经检测其最优综合性能为：抗拉强度602Mpa、电导率81.4％IACS，与传统热机械处理工艺相比，抗拉强度提升12.5％，而电导率仅下降3％IACS。最高机械性能时的抗拉强度634Mpa、电导率74.6％IACS，与传统热机械处理工艺相比抗拉强度提升13.4％，而电导率仅下降3％IACS。本专利技术满足了实际工业应用中不同产品对机械性能和导电性能的需求，获得了比传统制备方法更加优异的性能。附图说明图1为传统室温轧制与低温轧制等时时效硬度变化曲线；图2为传统室温轧制与低温轧制等时时效电导率的变化曲线；图3为传统室温轧制与低温轧制350℃和400℃等温时效过程中硬度的变化曲线；图4为传统室温轧制与低温轧制350℃和400℃等温时效过程中导电率曲线；图5为350℃时效120min和400℃时效90min的工程应力-工程应变曲线，其中(A)低温轧制，400℃下时效90min；(B)传统室温轧制，400℃下时效90min；(C)低温轧制，350℃下时效120min；(D)传统室温轧制，400℃下时效120min。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：实施例1原材料预处理(1)将2484.7g电解纯铜(纯度≥99.97％，质量分数，下同)，15.28gCuZr中间合金(49.09％Zr)用铜氧化皮清洗剂清洗，洗除表面氧化物及杂质；(2)用无水乙醇在超声波清洗机内清洗表面，在鼓风干燥箱中100℃下烘干2h。高强高导CuZr合金制备(1)熔炼：采用真空中频感应熔炼炉，将电解铜置于熔炼炉中，升温至1250℃后保温10min，加入Cu-Zr中间合金，保温10min，待降温至1050℃浇注到经过350℃预热的方型钢铸模中。(2)均匀化处理：将浇注有Cu-Zr合金的钢铸模置于氩气保护的箱式热处理炉中，在900℃下保温5小时，随炉冷却。(3)热轧：用铣床铣光Cu-Zr合金表面氧化膜、夹杂等后，在850℃保温1小时后热轧，每道次下压3mm，6道次后由30mm厚轧制20mm厚，每道次轧制后需保温10min。(4)固溶处理：将Cu-Zr合金置于氩气保护的箱式热处理炉中，在972℃下保温1小时，后迅速用冷水淬火。(5)轧辊预冷处理：轧辊先低速空转，关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种析出强化型高强高导CuZr合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、熔炼：将电解铜置于熔炼炉内，升温至1200～1280℃，保温8～15min，加入Cu‑Zr中间合金，保温8～15min，待降温至1000～1100℃将Cu‑Zr合金浇注到经过预热的钢铸模中；(2)、均匀化处理：将浇注有Cu‑Zr合金的钢铸模置于氩气保护的箱式热处理炉中，在850～920℃下保温4～8小时，随炉冷却至室温；(3)、热轧：用铣床铣光Cu‑Zr合金表面的氧化膜和夹杂后，在820～900℃下保温1～2小时后热轧，热轧至18‑25mm厚；(4)、固溶处理：将Cu‑Zr合金置于氩气保护的箱式热处理炉中，在950～980℃下保温1‑3小时，后迅速用冷水淬火；(5)、轧辊预冷处理：使轧辊保温箱内温度达到‑150～‑180℃；(6)、低温轧制：用铣床铣光Cu‑Zr合金表面氧化膜缺陷后，将Cu‑Zr合金厚度加工至16～19mm，在Cu‑Zr合金表面包裹一层0.1～0.3mm厚的铜皮，在液氮中浸泡25～40min使Cu‑Zr合金温度充分达到液氮温度，然后迅速轧制，直至厚度为1‑2mm，获得析出强化型高强高导CuZr合金；(7)、时效处理：时效工艺为350～400℃、90～120min。...

【技术特征摘要】
1.一种析出强化型高强高导CuZr合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、熔炼：将电解铜置于熔炼炉内，升温至1200～1280℃，保温8～15min，加入Cu-Zr中间合金，保温8～15min，待降温至1000～1100℃将Cu-Zr合金浇注到经过预热的钢铸模中；所述预热的钢铸模温度为300～350℃；电解铜与Cu-Zr中间合金的重量比为160～170:1；所述电解铜纯度≥99.97％；所述Cu-Zr中间合金中Zr所占的质量百分数为45～55％；(2)、均匀化处理：将浇注有Cu-Zr合金的钢铸模置于氩气保护的箱式热处理炉中，在850～920℃下保温4～8小时，随炉冷却至室温；(3)、热轧：用铣床铣光Cu-Zr合金表面的氧化膜和夹杂后，在820～900℃下保温1～2小时后热轧，热轧至18-25mm厚；热轧为：每道次下压2～3mm，直至轧制18～25mm厚为止，每道次轧制后需保温7～15min；(4)、固溶处理：将Cu-Zr合金置于氩气保护的箱式热处理炉中，在950～980℃下保温1-3小时，后迅速用冷水淬火；(5)、轧辊预冷处理：使轧辊保温箱内温度达到-150～-180℃；(6)、低温轧制：用铣床铣光Cu-Zr合金表面氧化膜缺陷后，将Cu-Zr合金厚度加工至16～19mm，在Cu-Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：王同敏，李廷举，李仁庚，康慧君，陈宗宁，曹志强，卢一平，接金川，张宇博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21