一种阻燃高强高导Cu‑Li‑Zn铜锂合金制造技术

本发明专利技术公开了一种在1200‑1300度之间阻燃高强高导Cu‑Li‑Zn铜锂合金及其工艺。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.5‑1.5wt.％,Zn:2.0‑8.0wt.％,Ca:1.0‑1.5wt.％,Mn:0.1‑0.2wt.％,Hf:0.1‑0.2wt.％,Y:0.1‑0.2wt.％,Nd:0.1‑0.2wt.％，Eu:0.2‑0.3wt.％，B:0.5‑1.4wt.％，余量为铜。该高强高导铜锂合金在时效后具有优异的导电率，抗拉强度和导热系数。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种铜锂合金。
技术介绍
随着电子、通讯及汽车行业高速发展，对接插件、连接器等弹性元件用铜基弹性合金的需求量日益增加。同时对铜基弹性合金的强度、导电、抗应力松弛性能和疲劳强度等性能提出了更为苛刻的要求。弹性合金除了具有良好的弹性性能外，还具有无磁性、微塑性变形抗力高、硬度高、电阻率低、弹性模量温度系数低和内耗小等性能。前者要求具有高的弹性极限、低的滞弹性效应，耐热性好，可在较高的温度下工作；后者要求在一定的温度范围内弹性模量几乎不随温度变化。铜基弹性合金应用也很普遍，主要用于导电性能良好的弹簧接触片或其它弹簧、精密仪表中的耐磨和抗磁弹性元件等。用于制造重要的弹簧和弹性元件，由于其弹性模量低，而弹性极限又相对的高，故在制作膜片、波纹管及微型开关方面，得到广泛应用。常见的铜基弹性合金包括铍青铜等体系。但由于铍对人的健康和环境具有严重的损害作用，且铍青铜合金的热处理工艺复杂和实际生产难度大，使其只应用于特殊领域。国外己经开发的新型无铍弹性铜合金的导电率太低，均没能超过80%IACS，不能满足现代元器件对导电率的要求。锂作为合金化元素加入铜合金中可以大大提高铜合金的弹性性能和耐高温软化性能。开发新型高强、高导、高耐磨、高软化温度的铜锂合金已成为必然。铜锂合金最大的特点是在冶炼过程中因为铜锂合金熔体容易氧化燃烧，生成疏松的氧化膜和氮化膜。这种不致密的熔体表面化合物膜不能阻止氧气和氮气向熔体表面的扩散，导致了铜锂合金熔体在熔炼过程中的不断氧化和消耗。因此，目前在铜锂合金的冶炼中一般采用氩气保护的方法来进行合金制备，而且冶炼温度在1200度左右。在如此高的温度下，锂由于蒸气压过大导致在冶炼过程中挥发过度，最后合金中剩余的锂含量过低。一般而言，采用氩气保护的方法熔炼的铜锂合金，最终锂的收得率只有20-50wt.%左右。而且该方法不同程度地存在着铸件易产生熔剂夹杂、设备复杂及生产成本高等缺点。因此使铜锂合金的研制、开发与应用受到了限制。在急需大规模使用铜锂合金的工业和国防领域，一直存在着现有产量少，工艺繁琐，成本高等急需克服的现状。寻求更好的冶炼方法成为铜锂合金应用研究和产业化中的关键问题之一。通过合金化的方法达到防止在冶炼过程中铜锂合金熔体的氧化，是解决铜锂合金冶炼问题的发展方向之一。合金化阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发的机理是在合金中添加合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程。在合金表面形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的。与氩气保护相比，合金化阻燃可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终铜锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铜锂合金的力学性能水平。因而如何在铜锂合金中平衡各种合金元素的含量，制备出在大气环境下阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发的铜锂合金，且具备优异的力学性能，是当前铜锂合金的一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在1200-1300度大气条件下进行熔炼的高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有现有铜锂合金的力学性能，和良好的室温塑性和抗氧化性能。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有在1200-1300度之间熔炼的高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li:0.5-1.5wt.%,Zn:2.0-8.0wt.%,Ca:1.0-1.5wt.%,Mn:0.1-0.2wt.%,Hf:0.1-0.2wt.%,Y:0.1-0.2wt.%,Nd:0.1-0.2wt.%，Eu:0.2-0.3wt.%，B:0.5-1.4wt.%，余量为铜。该铜锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在2.0-5.0wt.%左右。上述铜锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护下的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到1200-1300度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在1200-1300度保温10分钟浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造，铸锭下移速度为8-12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为5-8%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：620度，3.1个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理750度，5.2小时；真空时效处理270度，2.4小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术专利针对目前高温下铜锂合金在熔炼时需要进行大气保护熔炼的现状提供了一种新颖的保护解决方案。通过优选合金中的主要和次要添加元素，从而有效地防止在熔炼状态下铜锂合金发生燃烧和过量蒸发现象。通过优选的合金化办法，不仅可以大大降低合金元素使用量，还可以获得非常好的阻燃效果和提高锂收得率，最终产品中锂的含量占初始锂加入量的80-90wt.%左右。（2）合金熔炼时，熔体具有静态(熔体的保温和静置)和动态（熔体的搅拌）两种形式。本专利提出的Cu-Li-Zn铜锂合金在静态下具有极其优异的阻燃性能，可以达到在1200-1300温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在动态过程中，例如对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，仍能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。所得合金表面氧化膜和氮化膜都有非常好的塑性和粘度，能够完整地铺展和覆盖住合金表面，有效阻挡大气侵入合金液内。（3）该高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金在加入锂后，由于锂具有优异的脱氧除气作用，从而使晶粒得到细化。此外，该合金具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。（4）该高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金在时效后具有优异的导电率和抗拉强度综合性能。其抗拉强度为800-900MPa，且导电率(%IACS)可以维持在94-96(传统铜合金小于80)。软化温度测试结果表明合金软化温度为720-740度。且该材料具有极其优异的导热系数(280-320W/m﹒K),一般铜合金材料的导热系数小于200W/m﹒K。（5）该高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金在1200-1300度之间进行搅拌，精炼等熔体处理而不发生明显烧损现象，且该铜锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于5.0wt.%左右。冶炼加工方法简单，生产成本比较低，降低了对设备要求。在保证具备阻燃性的同时，也使得合金使用寿命和高温下力学性能有了进一步提高，便于工业化大规模应用。具体实施方式实施例1一种具有1240度熔炼阻燃高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.8wt.%,Zn:4.2wt.%,Ca:1.2wt.%,Mn:0.1wt.%,Hf:0.1wt.%,Y:0.1wt.%,Nd:0.1wt.%，Eu:0.2wt.%，B:0.8wt.%，余量为铜。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气环境下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃高强高导Cu‑Li‑Zn铜锂合金，其特征在于按重量百分比计，合金的化学成分为：Li: 0.5‑1.5wt.%,Zn:2.0‑8.0wt.%,Ca:1.0‑1.5wt.%,Mn: 0.1‑0.2wt.%, Hf: 0.1‑0.2wt.%, Y: 0.1‑0.2wt.%, Nd: 0.1‑0.2wt.%，Eu: 0.2‑0.3wt.%，B: 0.5‑1.4wt.%，余量为铜。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金，其特征在于按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.5-1.5wt.%,Zn:2.0-8.0wt.%,Ca:1.0-1.5wt.%,Mn:0.1-0.2wt.%,Hf:0.1-0.2wt.%,Y:0.1-0.2wt.%,Nd:0.1-0.2wt.%，Eu:0.2-0.3wt.%，B:0.5-1.4wt.%，余量为铜。2.根据权利要求1所述阻燃高强高导Cu-Li-Zn铜锂合金，其特征在于合金的制备方法包含如下步骤：将如上配比的原料加入到大气环境下的感应电炉内，并采用碳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44