一种铜合金游丝材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铜合金游丝材料及其制备方法，属于冶金和压延加工领域。该铜合金游丝材料主要用于陀螺仪惯性导航系统。该铜合金由以下含量的成分组成：Be 0～5wt％、Ni 0.2～1wt％、Zn 1～5wt％、Sn 1～5wt％，Cu余量。本发明专利技术涉及的铜合金游丝材料成分均匀，尺寸精准，机械性能和耐腐蚀性能优良，采用连续铸造、旋锻、单丝拉拔、特种轧制、异形拉拔及配合的热处理方法制备。采用该方法克服了合金脆性带来的加工困难，可以制得尺寸精准、性能优异的铜合金游丝材料，适于批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种铜合金游丝材料及其制备方法
本专利技术涉及一种铜合金游丝材料及其制备方法，该铜合金游丝材料主要用于陀螺仪惯性导航系统，属于冶金和压延加工领域。
技术介绍
惯导系统依靠其作用原理可自主地完成导航任务，因此它在导航领域中占有十分重要的位置，尤其是在现代军事技术迅猛发展的今天，自主导航成为最为理想的选择。陀螺仪作为惯性导航系统的核心元件，系统利用陀螺仪的定轴性和进动性这两大特性不仅应用于海上船舶领域而且应用于陆用武器及航空运载体以用来作为姿态测量和姿态控制等等。陀螺仪是惯导系统的心脏，因此其精度直接影响惯性导航系统的性能，陀螺仪中任何部件产生的误差都直接给陀螺仪产生漂移，进而造成惯性导航系统的漂移，因此陀螺仪在导航中起着非常重要的作用。在所有造成陀螺仪误差中，与加速度无关的干扰力矩主要来自于陀螺软导线产生的机械弹性力矩。导电游丝作为陀螺仪的核心部件和浮子与外壳之间的连接部件，承载者电信号的传输任务。它给陀螺仪带来的影响也是很大的，并且也是难以补偿的。因为导电游丝造成的陀螺仪漂移不仅仅是所谓的弹性力矩，而且由于导电游丝刚度的存在，增加了非线性误差因素。更由于导电游丝受热应力的影响，也造成了陀螺仪的漂移。所以，导电游丝的性能对陀螺仪稳定服役的影响不容忽视。目前导电游丝一般采用铜合金材料，因为这些材料弹性模量小，传导性能好，机械性能和弹性性能优良，不妨碍浮子绕输出轴的自由转动，不影响电流传输。常用的游丝材料形状均为截面为矩形的丝材，其宽厚比在20～50，厚度为10～30μm。弹性模量150～180GPa，电阻率0.050～0.080Ω·mm2/m。由于尺寸较小，公差要求较为严格，机械、传导性能要求较高，且该类铜合金一般均含有脆性相，造成塑性成型困难，导致最终难以达到成品尺寸及公差要求。且由于加工困难，导致材料的一致性和稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种铜合金游丝材料，该游丝可用于陀螺仪惯性导航系统，成分均匀，尺寸精准，机械性能和耐腐蚀性能优良。本专利技术的另一个目的在于提供一种铜合金游丝材料的制备方法，本专利技术采用连续铸造、热处理、精密塑性成形等手段，避免脆性相和成分偏析的影响，能够制备出成分均匀、尺寸精密、性能优良稳定的导电游丝材料，可推广应用于多种游丝材料的制备方法，为其他游丝材料的制备提供参考。该方法过程简便，易于操作，克服了合金脆性带来的加工困难，可以制得尺寸精准、性能优异的铜合金游丝材料，适于批量生产。本专利技术的又一目的是提供了所述铜合金游丝材料的应用，作为陀螺仪应用于惯性导航系统中。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种铜合金游丝材料，该合金由以下金属元素组成：Be0～5wt％、Ni0.2～1wt％、Zn1～5wt％、Sn1～5wt％，余量为Cu。优选地，所述铜合金游丝材料的组成为：Be1～3wt％、Ni0.2～0.5wt％、Zn2～4wt％、Sn2～4wt％，余量为Cu。优选地，所述的铜合金游丝材料的成品厚度尺寸为10～30μm，宽厚比为30～100。本专利技术通过添加Be、Sn两种元素，使得Cu合金可以时效强化，BeCu3相、Cu3Sn相、Cu6Sn5相的析出能够有效提高材料的强度和电导率，同时增强材料的机械和电学性能。因此可以在加工之后再进行时效处理，从而能够获得更加优异、更适用于使用环境的性能。而添加Zn、Ni两种元素，一方面是调整材料熔点以及时效温度区间，另一方面，改善材料加工性能和耐腐蚀性能。从而使得材料在复杂的使用坏境下，能够获得更长的使用寿命。一种铜合金游丝材料的制备方法，采用连续铸造、旋锻、单丝拉拔、特种轧制、异形拉拔及配合的热处理方法制备，包括以下步骤：(1)备料：以铜、铍、镍、锌和锡作为原料；(2)中间合金制备：制备Cu-Be中间合金和Cu-Sn中间合金，Cu-Be中间合金中Be含量为12wt％，Cu-Sn中间合金中Sn含量为20wt％，均采用真空熔铸配合急冷的方式制备；(3)连续铸造：将备好的原料和中间合金，按照合金成分质量百分比计算，其中Be0～5wt％、Ni0.2～1wt％、Zn1～5wt％、Sn1～5wt％，余量为Cu；称量后，放入连续铸造炉中，采用中频感应熔炼，金属全熔后连续铸造为棒状铸锭；(4)旋锻：将连续铸造的棒状铸锭，使用旋转锻造的方法进行开坯；开坯过程中，单道次加工变形率为10-15％，两次热处理间总变形率为50-80％；最终加工为线径为2～4mm的线坯；(5)单丝拉拔：将线坯进行多道次拉拔加工，拉拔至轧制所需丝径尺寸，该尺寸时的截面积为成品尺寸截面积的1.1～1.3倍；单道次加工变形率为5～15％，两次热处理间总变形率为50～80％；(6)特种轧制：将拉拔后的丝材进行单道次轧制加工，轧制后游丝厚度为成品游丝厚度的1.03～1.05倍；(7)异形拉拔：将轧制后的游丝通过异形拉拔模具拉拔成型，所得游丝成品厚度尺寸为10～30μm，宽厚比为30～100；所述的异形拉拔模具根据成品尺寸设计，增大模具入口区以获得更好的润滑效果，润滑区角度在30～40°之间以获得更佳的润滑效果，变形区锥角在4～6°之间以减小变形抗力，定径区长度在1-2mm之间，减小拉拔摩擦力并获得精确的成品尺寸。步骤(1)中，选择以下材料为原料：无氧铜(优选牌号为TU1的无氧铜)、纯度99.5wt％的铍珠、纯度99.99wt％的镍、纯度99.99wt％的锡、纯度99.99wt％的锌。步骤(2)中，制备Cu-Be和Cu-Sn两种中间合金，是为了更好合金化，使材料成分更加均匀。步骤(3)中，合金原料的质量百分比优选为：Be1～3wt％、Ni0.2～0.5wt％、Zn2～4wt％、Sn2～4wt％，余量为Cu。所述熔炼的温度为1100℃～1300℃，木炭覆盖，拉铸速度为1～5mm/s。步骤(4)、(5)中，旋锻开坯及单丝拉拔过程中，每两个道次之间进行中间道次热处理，所述的中间道次热处理采用高温固溶淬火的热处理方法，热处理温度为700～800℃，保温时间为2-4小时，冷水淬火。步骤(6)中，特种轧制前后收放线均需张力拉直，且不得多道次轧制。步骤(7)中，拉拔液应选择含有自润滑颗粒的水基油性拉拔液，在水基油性拉拔液中添加有自润滑颗粒，以保证润滑效果。本专利技术所述的铜合金游丝材料在制备陀螺仪惯性导航系统中的应用，本专利技术的铜合金游丝材料主要用于陀螺仪惯性导航系统。本专利技术的有益效果：(1)采用本专利技术制备的铜合金游丝材料及其制备方法，解决了现有方法和材料存在的一些技术缺陷。主要表现在：如采用热挤压开坯成形的方法，容易造成材料内部缩尾等缺陷，且热挤压造成的表面氧化较为严重，尽管后续可以通过表面处理的方法改善，但是材料的表面质量会明显下降，对传导性能造成影响。本专利技术采用旋转锻造的方式开坯，不仅可以通过冷锻的方式改善内部组织，避免内部缺陷，还可以避免氧化造成的表面质量下降。如采用丝材轧制直接成形的方法，可能会造成成品尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜合金游丝材料，其特征在于：该合金由以下金属元素组成：Be 0～5wt％、Ni0.2～1wt％、Zn 1～5wt％、Sn 1～5wt％，余量为Cu。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜合金游丝材料，其特征在于：该合金由以下金属元素组成：Be0～5wt％、Ni0.2～1wt％、Zn1～5wt％、Sn1～5wt％，余量为Cu。


2.根据权利要求1所述的铜合金游丝材料，其特征在于：所述铜合金游丝材料的组成为：Be1～3wt％、Ni0.2～0.5wt％、Zn2～4wt％、Sn2～4wt％，余量为Cu。


3.根据权利要求2所述的铜合金游丝材料，其特征在于：所述的铜合金游丝材料的成品厚度为10～30μm，宽厚比为30～100。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的铜合金游丝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：以铜、铍、镍、锌和锡作为原料；
(2)中间合金制备：制备Cu-Be中间合金和Cu-Sn中间合金，Cu-Be中间合金中Be含量为12wt％，Cu-Sn中间合金中Sn含量为20wt％，均采用真空熔铸配合急冷的方式制备；
(3)连续铸造：将备好的原料和中间合金，按照合金成分质量百分比计算，称量后，放入连续铸造炉中，采用中频感应熔炼，金属全熔后连续铸造为棒状铸锭；
(4)旋锻：将连续铸造的棒状铸锭，使用旋转锻造的方法进行开坯；开坯过程中，单道次加工变形率为10-15％，两次热处理间总变形率为50-80％；最终加工为线径为2～4mm的线坯；
(5)单丝拉拔：将线坯进行多道次拉拔加工，拉拔至轧制所需丝径尺寸，该尺寸时的截面积为成品尺寸截面积的1.1～1.3倍；单道次加工变形率为5～15％，两次热处理间总变形率为50～80％；
(6)特种轧制：将拉拔后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦磊，张国清，李艳涛，陈立健，王炜，齐岳峰，付晓玄，
申请(专利权)人：北京有色金属与稀土应用研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11