一种无氧铜、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种无氧铜、制备方法及应用。其中无氧铜中添加了Zr、Sr、Ce、Yb四种合金元素。制备方法包含下列步骤：S1.将电解铜、Zr、Sr、Ce和Yb混合均匀后，加入覆盖剂和精炼剂，在还原性气氛下熔炼；S2.在保护气氛下，铸造步骤S1所得的成分均匀的熔体；S3.将步骤S2所得的铸锭，在保护气氛下，进行均匀化处理；S4.将均匀化之后的铸锭，在保护气氛下，循环进行“冷变形

【技术实现步骤摘要】
一种无氧铜、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及铜合金
，具体涉及一种无氧铜、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]铜具有良好的电导率、热导率、可焊性、塑性、延展性和极好的冷加工性能,且无磁性。无氧铜指氧含量和杂质含量均很低的纯铜。无氧铜部分克服了含杂质铜在退火后屈服强度较低和高温下抗蠕变差的缺点，具有更高强度和更高热导率，受到了电子材料专家的高度重视。
[0003]无氧铜是制备新能源汽车动力模块电路板及其周边部件的重要材料。随着新能源汽车技术的革新，控制汽车马达和电力变换的动力模块电路板，也向高输出、高性能方向发展，这就对电路板及其周边部件材料的导电性能、耐热性能提出了更高的要求。对于其他需要高温扩散接合的部件，也需要无氧铜具有耐高温的特性，否则高温扩散接合后，产品宏观表面会出现橘皮组织。而现有的无氧铜已无法满足上述高耐热性、导电性的要求。
[0004]因此，研发一种在持续高温影响下，晶粒不明显长大的高耐热无氧铜，将具有极大价值。目前制备无氧铜的方法，主要有下列步骤：(1)覆盖剂覆盖下熔炼电解铜；(2)在熔炼的电解铜中添加晶粒细化剂，继续熔炼，铸造成形。上述方法制备的无氧铜，相对于一般的紫铜、纯铜，耐热性能得到了显著提升，然而进行500℃以上的持续高温处理后，晶粒依然会急速增大，导致产品宏观表面粗糙(即橘皮组织)。此外，若服役过程中，热能和电能负荷迅速增加，传统无氧铜还极易产生粗大的再结晶晶粒，导致使用寿命缩短，且存在安全隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的第一方面提供了一种无氧铜。
[0007]本专利技术的第二方面提供了一种无氧铜的制备方法。
[0008]本专利技术的第三方面提供了无氧铜在电工电子领域和耐热材料中的应用。
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种无氧铜，包括Zr、Sr、Ce、Yb四种合金元素。
[0010]根据本专利技术的一种实施方式，所述的无氧铜中，
[0011]Zr合金元素含量为3～200ppm，
[0012]Sr合金元素含量为3～200ppm，
[0013]Ce合金元素含量为3～200ppm，
[0014]Yb合金元素含量为3～200ppm，
[0015]余量为Cu。
[0016]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述的无氧铜中，
[0017]Zr合金元素含量为5～50ppm，
[0018]Sr合金元素含量为5～50ppm，
[0019]Ce合金元素含量为5～50ppm，
[0020]Yb合金元素含量为5～50ppm，
[0021]余量为Cu。
[0022]根据本专利技术的一种实施方式，所述的无氧铜中，Zr、Sr、Ce、Yb四种合金元素，是表面活性元素，可以降低普通随机大角度晶界能和特殊结构晶界能，进而促使合金元素沿晶界偏聚，起到抑制持续高温影响下的晶粒长大的作用。
[0023]若Zr、Sr、Ce、Yb四种合金元素的含量分别超过200ppm，则易导致无氧铜在持续高温影响下，形成低熔点中间相Cu5X(X＝Zr、Sr、Ce、Yb)，进而降低无氧铜的耐热性。
[0024]根据本专利技术的一种实施方式，所述的无氧铜中，氧元素含量＜20ppm。
[0025]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述的无氧铜中，氧元素含量＜5ppm。
[0026]一种无氧铜的制备方法，包含下列步骤：
[0027]S1.将按比例称好的电解铜、Cu-Zr中间合金、Cu-Sr中间合金、Cu-Ce中间合金和Cu-Yb中间合金混合均匀后，加入覆盖剂和精炼剂，在还原性气氛下熔炼，得到熔体；
[0028]S2.在保护气氛下，铸造步骤S1所得的熔体，得到铸锭；
[0029]S3.在保护气氛下，将步骤S2所得的铸锭，进行均匀化处理；
[0030]S4.在保护气氛下，将步骤S3均匀化处理后的铸锭，进行循环“冷变形-再结晶-空冷”工艺，即得所述的无氧铜。
[0031]根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤S1中，
[0032]所述的Cu-Zr中间合金，Zr元素的质量分数为50％，
[0033]所述的Cu-Sr中间合金，Sr的质量分数为50％，
[0034]所述的Cu-Ce中间合金，Ce的质量分数为25％，
[0035]所述的Cu-Yb中间合金，Yb的质量分数为30％。
[0036]根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中，以中间合金的形式添加合金元素，一方面的原因是，Zr、Sr、Ce、Yb的单质性质活泼，若直接熔炼，极易烧损；另一方面的原因是Zr单质熔点为1852℃，难以熔化。
[0037]根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中，所述的混合，具体方法为，在石墨坩埚中，将混合均匀的块状Cu-Zr中间合金、Cu-Sr中间合金、Cu-Ce中间合金、Cu-Yb中间合金，均匀的放置在电解铜板上。
[0038]根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中，所述的Cu-Zr中间合金、Cu-Sr中间合金、Cu-Ce中间合金和Cu-Yb中间合金粒径为3～10cm。
[0039]若中间合金粒径过大，则各合金元素扩散距离长、分散效果较差，难以形成成分均匀的熔体，或需延长熔炼时间，才能形成成分均匀的溶体；若中间合金碎块尺寸过小，虽然分散效果好，但在熔炼加热过程中，尤其是在覆盖剂、精炼剂尚未发挥作用时，合金元素会被氧化，造成合金元素的烧损。
[0040]根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中，由于在熔炼前，Cu-Zr中间合金、Cu-Sr中间合金、Cu-Ce中间合金和Cu-Yb中间合金均匀的放置于电解铜板上，因此更有利于合金元素的扩散，形成均匀的熔体；由于Zr、Yb、Ce、Sr合金与电解铜共同熔炼，避免了二次投料，也避免了二次投料时Zr、Sr、Ce、Yb元素在熔体表面发生的氧化、烧损。
[0041]根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中，添加的Zr、Yb、Ce、Sr四种合金元素可与氧、硫、氢、铅和铋等杂质形成高熔点化合物，进而达到除杂、提高电导率的目的。
[0042]Zr、Sr、Ce、Yb四种元素与常见杂质元素形成的化合物及其熔点，如表1所示，熔点越高，表明生成该化合物的倾向性越高。
[0043]表1数据显示：
[0044]Zr、Sr、Ce、Yb四种元素均可达到脱氧目的，其效果顺序为：Ce≈Yb<Zr<Sr；
[0045]Zr、Ce、Yb三种元素均可达到脱硫目的，其效果顺序为：Zr<Yb<Ce；
[0046]只有Yb元素可与氢反应生成稳定的Yb5H9(形成焓-177
±
5kJ/mol)和Yb2H5(形成焓-370
±
3kJ/mol)，达到除氢目的；
[0047]Zr、Ce元素均能起到除铅作用，其效果顺序为：Ce本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无氧铜，其特征在于，包括Zr、Sr、Ce、Yb四种合金元素。2.根据权利要求1所述的无氧铜，其特征在于，所述的无氧铜中，Zr合金元素含量为3～200ppm，Sr合金元素含量为3～200ppm，Ce合金元素含量为3～200ppm，Yb合金元素含量为3～200ppm，余量为Cu。3.一种无氧铜的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：S1.将按比例称好的电解铜、Cu-Zr中间合金、Cu-Sr中间合金、Cu-Ce中间合金和Cu-Yb中间合金混合均匀后，加入覆盖剂和精炼剂，在还原性气氛下熔炼，得到熔体；S2.在保护气氛下，铸造步骤S1所得的熔体，得到铸锭；S3.在保护气氛下，将步骤S2所得的铸锭，进行均匀化处理；S4.在保护气氛下，将步骤S3均匀化处理后的铸锭，进行循环“冷变形-再结晶-空冷”工艺，即得所述的无氧铜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的熔炼，温度为1150～1300℃。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李周，马牧之，邱文婷，肖柱，龚深，姜雁斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：