本发明专利技术提供了一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，以重量百分比计，该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe 0.5‑30.0％、Nb 0.05‑5％、Co 0.05‑2.0％、Ag 0.05‑2％、Mg 0.1‑0.5％、Cr 0.1‑0.5％、B 0.1‑0.5％、P 0.1‑0.5％；其余为Cu以及不可避免的杂质。该CuFeNb系弹性铜合金的合金成分合理，强化相分布均匀，体积分数高，合金的强度高、塑性高、导电率高。本发明专利技术还提供了制备该弹性铜合金的粉末冶金法和熔铸法，这些制备方法工艺流程短，操作简单，生产成本低，适于工业化生产。
A CuFeNb Elastic Copper Alloy with High Conductivity and High Strength and Its Preparation Method
【技术实现步骤摘要】
一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法
本专利技术属于高强高导铜合金
，尤其涉及一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法。
技术介绍
弹性铜合金是导电弹性器件的关键材料，当其应用于舰船、航空航天、电工电子、机器仪表、汽车工业、轨道交通、海洋输运等领域时要求具有较高的使用性能。由于Fe在铜中的溶解度非常低，添加的Fe一般会以Fe颗粒的形式存在于Cu基体中，因此传统的高强高导电Cu-Fe系合金通常采用低合金化，能够添加的Fe元素及其他合金化元素有限，制备得到的合金的强化相密度低、体积分数低、尺寸大，合金的力学性能提高有限；同时由于铸造过程中存在非平衡凝固相尺寸大、分布不均匀等问题，也会影响合金经形变热处理后的力学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，以重量百分比计，所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe0.5-30.0％、Nb0.05-5％、Co0.05-2.0％、Ag0.05-2％、Mg0.1-0.5％、Cr0.1-0.5％、B0.1-0.5％、P0.1-0.5％；其余为Cu以及不可避免的杂质。上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，优选的，以重量百分比计，所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe10-15.0％、Nb1-2％、Co1.0-1.5％、Ag0.5-0.6％、Mg0.1-0.2％、Cr0.1-0.2％、B0.1-0.2％、P0.1-0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。本专利技术的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中Fe析出相在铜基体内呈亚微米级均匀分布，Nb、Co、Ag、Mg、Cr、B和P主要以溶质原子或者纳米粒子分布。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种如上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法，即粉末冶金法，包括以下步骤：(1)按照元素组成的重量百分比备料，将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源分别熔化后混合均匀，然后将合金熔体采用气雾化法制粉得到铜合金粉末，再经干燥、筛分后得到分级后的CuFeNb系合金粉末；(2)将步骤(1)后的CuFeNb系合金粉末压制成粉末压坯，然后在还原性气氛下烧结，得到烧结坯；(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理，得到丝材；(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理，得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，气雾化法在惰性气氛下进行，控制气体流量为0.25-0.3m3/s，气体压力为0.6-5MPa，雾化熔体温度为1300-1500℃。更优选的，所述惰性气氛为氮气和/或氩气气氛。本专利技术的粉末冶金法采用气雾化法制备合金粉末，由于合金液滴冷却速度快，得到的合金粉末中铜基体内铁为过饱和固溶状态，以亚微米级呈均匀弥散分布，可避免传统铸造过程中铁的宏观偏析带来的合金难加工及由于铁相粗大而导致的合金力学性能低等问题。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，压制成粉末压坯的压力为50-400MPa，烧结温度为1050-1300℃，烧结时间为1-4h。上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，热挤压温度为850-900℃，挤压比≥10；冷拉拔丝处理在室温下进行，总应变量为4-10。经热挤压和冷拉拔丝加工，铜基体及细小的铁相可由原来烧结状态的等轴晶粒经塑性变形成纤维状，有利于提高丝材的力学性能，制得的合金适用于各种高强配线、电火花切割等应用领域。本专利技术的粉末冶金法，由于采取了热挤压和冷拉拔丝变形，合金中的析出相和基体被纤维化，最终可以实现合金的强度和塑性的同时提高。上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，时效处理的温度为300℃-500℃，时间为0.5-8小时。经时效处理后，合金基体内的过饱和固溶元素Fe可以从基体内析出，位错密度降低，有利于提高合金的导电性，且由于Fe的弥散分布，有利于提高合金的强度。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，还原性气氛为氢气、分解氨、一氧化碳气氛中的至少一种。采用还原气氛烧结，粉末颗粒表面的氧可以在升温过程中得到还原，降低制品的氧含量，有利于提升最终制品的加工性能和导电性能。本专利技术的制备高导电高强CuFeNb的粉末冶金法，各步骤协同作用、相互配合，所得合金组织的晶粒尺寸较小，合金中几乎无偏析，与制备弹性铜合金的传统工艺相比，省去了长时间均匀化退火等高耗能环节，降低了固溶温度，具有节能降耗、生产成本更低廉、工艺更简单的特点，更适合工业化生产，所得产品各项性能指标更优异，提高了产品的市场竞争力。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供另一种如上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法，即熔铸法，包括以下步骤：(a)按照元素组成的重量百分比备料，先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化，然后再加入银源、镁源、硼源和磷源，熔匀后形成合金熔体；(b)将步骤(a)后的合金熔体连铸成板坯，得到铸锭板坯；(c)将步骤(b)后的铸锭板坯保温后进行热轧，得到热轧板材；(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗，然后进行固溶处理；(e)将步骤(d)后的板材酸洗，然后进行冷轧；(f)将步骤(e)后的板材酸洗，然后进行时效处理；(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理，得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。上述的制备方法，优选的，所述步骤(a)中，先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化，控制熔化温度为1300-1500℃，待其完全熔化后，降温至1200-1250℃，再加入银源、镁源、硼源和磷源，熔匀后形成合金熔体。上述的制备方法，优选的，所述步骤(d)中，固溶处理的温度为850-950℃，时间为2-10h；所述步骤(f)中，时效处理的温度为300-500℃，时间为0.5-12h；所述步骤(g)中，退火处理的温度为200-300℃，时间为0.5-4h。上述的制备方法，优选的，所述步骤(b)中，连铸的温度为1050-1250℃，铸造速度为0.5-5.0m/h，冷却水压力为0.05-0.20MPa；所述步骤(c)中，保温温度为800-950℃，保温时间为1-2h，热轧的轧制变形量为60-90％；所述步骤(e)中，冷轧的轧制变形量为30-80％。本专利技术的制备高导电高强CuFeNb的熔铸法，由于在固溶处理之后采取了时效和冷轧变形处理，合金中的析出相和基体被纳米化，从而可以实现合金的强度和塑性的同时提高。本专利技术的技术方案，通过合理设计合金成分及其含量，使合金中主要包括Fe、Nb、Co、Cr、Ag等主要合金化元素，其中Nb和Fe可以析出Fe2Nb粒子，Fe、Co、Cr、Ag还可以形成纳米级析出相粒子，从而在合金内部析出占据不同体积分数的多元协调强化的强化相，同时微量的Mg、B、P均可以形成溶质原子，起到较好的固溶强化效果。本专利技术的技术方案，通过合理设置工艺步骤以及优化工艺参数，使合金的形变热处理过程中溶质原子过饱和度增加。同时由于Mg加入形成替换原子，引起晶格较大畸变从而强化合金，并提高了合金的抗应力松弛性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe 0.5‑30.0％、Nb 0.05‑5％、Co 0.05‑2.0％、Ag 0.05‑2％、Mg 0.1‑0.5％、Cr 0.1‑0.5％、B 0.1‑0.5％、P 0.1‑0.5％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe0.5-30.0％、Nb0.05-5％、Co0.05-2.0％、Ag0.05-2％、Mg0.1-0.5％、Cr0.1-0.5％、B0.1-0.5％、P0.1-0.5％；其余为Cu以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Fe10-15.0％、Nb1-2％、Co1.0-1.5％、Ag0.5-0.6％、Mg0.1-0.2％、Cr0.1-0.2％、B0.1-0.2％、P0.1-0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。3.一种如权利要求1或2所述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照元素组成的重量百分比备料，将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源分别熔化后混合均匀，然后将合金熔体采用气雾化法制粉得到铜合金粉末，再经干燥、筛分后得到分级后的CuFeNb系合金粉末；(2)将步骤(1)后的CuFeNb系合金粉末压制成粉末压坯，然后在还原性气氛下烧结，得到烧结坯；(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理，得到丝材；(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理，得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，气雾化法在惰性气氛下进行，控制气体流量为0.25-0.3m3/s，气体压力为0.6-5MPa，雾化熔体温度为1300-1500℃。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，压制成粉末压坯的压力为50-400MPa，烧结温度为1050-1300℃，烧结时间为1-4h；所述步骤(3)中，热挤压温度为850-900℃，挤压比≥10；冷拉拔...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷前，张平，李云平，李周，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。