一种Cu-Ti合金的非真空短流程制备加工方法技术

本发明专利技术属于铜合金材料技术领域，涉及一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
‑
Ti合金的非真空短流程制备加工方法


[0001]本专利技术属于铜合金材料
，尤其涉及一种Cu
‑
Ti合金的非真空短流程制备加工方法。

技术介绍

[0002]铜基合金由于其较高的导电和导热性被广泛应用在引线、连接器件和簧片等载流器件当中。如今，信息技术不断发展，人们对微电子元件性能的要求越来越高。铜铍合金具有优异的强度和导电性，在导电弹性材料方面有广泛的应用。但是，铜铍合金在熔炼、热加工和热处理过程中会产生含有铍的烟尘，严重影响了生产工人的健康；另一方面，铍铜合金的生产周期长、成材率低、能耗高、产品的价格高昂。国内外一直在寻找开发具有相当性能的材料替代铜铍合金。随着Cu
‑
Ti合金不断地深入研究，发现其具有优良的屈服强度、弹性极限和抗疲劳性能，在电器元件中有非常广阔的应用前景。目前，国内Cu
‑
Ti合金产品主要还是依赖进口，严重制约着我国相关产品的生产。
[0003]Ti元素在Cu基体中885℃时的溶解度是6.2wt％，而在室温下的溶解度仅是0.4w t％。因此，通过高温固溶处理能够将Cu
‑
Ti合金在铸造过程中的偏析相全部回溶到基体当中，然后，经过塑性变形在基体中引入缺陷，再在低温下进行时效。
[0004]Ti元素比较活泼，在高温下特别容易发生反应，熔炼过程中容易出现吸氧、吸气和金属夹杂物等一系列熔炼问题。目前，Cu
‑
Ti合金的主要熔炼方法是真空熔炼，但是，真空熔炼要求真空室要有很高的真空度，对原料的夹杂要求也比较高，因此真空熔炼获得的铸锭尺寸有限，熔炼成本比较高，所以只能进行小批量生产，不能够满足工业大规模生产需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种Cu
‑
Ti合金的非真空短流程制备加工方法，以解决现有超高温防护材料领域技术上的问题或者其他潜在问题中的任意问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种Cu
‑
Ti合金的非真空短流程制备加工方法，所述加工方法采用非真空连续铸造，并通过添加金属间化合物脱氧剂，控制Ti元素在熔炼过程中的氧化烧损，避免形成的粗大枝晶组织，再利用冷热组合铸型连续铸造成形工艺抑制凝固过程中的宏观偏析，使棒板材铸坯中调控形成微米级别的亚稳态一次析出相，最终得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯。
[0007]进一步，所述加工方法具体包括以下步骤：
[0008]S1)按照设计成分配比分别称取纯铜和Cu
‑
Ti中间合金作为原料，采用非真空连续铸造成形，得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯；
[0009]S2)将S1)得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯采用固溶+冷变形处理；
[0010]S3)对S2)处理的后的Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯进行时效处理，冷却后即得到Cu
‑
Ti合金棒/板材。
[0011]进一步，所述加工方法制备的Cu
‑
Ti合金棒/板材的屈服强度可达820
‑
1000MPa，抗
拉强度可达906
‑
1200MPa，延伸率可达12
‑
21％，电导率11.7
‑
13.5％IACS。
[0012]进一步，所述S1)中的具体工艺为：
[0013]S1.1)将纯度大于99.9％的铜和Cu
‑
Ti中间合金,混合均匀，放入熔炼坩埚中，再加入金属间化合物脱氧剂和覆盖剂；
[0014]S1.2)采用热冷组合铸型在非真空条件下进行连续铸造成形，直接制备出厚度5
‑
50mm板坯，或者直径的棒坯。
[0015]进一步，所述S1.1)中的Cu
‑
Ti中间合金的加入量按照Ti在的Cu
‑
Ti合金中含量为1
‑
6％加入；
[0016]所述金属间化合物脱氧剂的加入量为按照每1kg的Cu
‑
Ti合金添加1
‑
10g。
[0017]进一步，所述的金属间化合物脱氧剂为颗粒直径在0.01
‑
1mm的CaB6金属间化合物；
[0018]所述的覆盖剂为颗粒直径在0.01
‑
3mm的石墨颗粒。
[0019]进一步，所述S1.2)中的连铸时的熔炼温度为1200
‑
1300℃，连铸速度0.5
‑
2mm/s，冷却水流量是400
‑
800L/h，连铸过程中添加金属间化合物脱氧剂和覆盖剂。
[0020]进一步，所述S2)中的固溶+冷变形的具体工艺为：
[0021]将S1)得到制备的Cu
‑
Ti合金棒坯或者板坯在温度为880
‑
950℃固溶均匀化处理0.5
‑
3h，然后水淬至室温，在室温下进行轧制，获得厚度为0.7
‑
3.5mm的合金板材，或者直径为的棒材。
[0022]进一步，所述S3)中的时效处理的具体工艺为：将经S2)处理后得的板材或者棒材在温度为400
‑
450℃进行时效处理，时效时间0.5
‑
24小时，空冷至室温。
[0023]一种Cu
‑
Ti合金，所述Cu
‑
Ti合金采用上述的加工方法制备得到。
[0024]本专利技术的优点：
[0025](1)通过添加高效的金属间化合物脱氧剂，利用Ca、B两种元素的化学活泼特性，抑制Ti元素的氧化，降低合金中的氧含量，提高合金的纯净度。由于Ti元素化学活性较高，采用单一元素如Al、C、Mg等脱氧效果较差。而且，化学活性较高的金属元素如Al、Mg等在加热过程中可能过快消耗，降低脱氧效果。采用CaB6金属间化合物脱氧剂，利用两种元素的脱氧作用相叠加，显著提升了脱氧效果。同时，脱氧产物是密度较低的氧化物，极易从金属熔体中排除。按照CaB6金属间化合物的原子比例，微量的B残余在Cu
‑
Ti合金基体中，又能够促进Ti原子析出，有利于优化合金强化效果和提高导电性。
[0026](2)通过冷热组合铸型的连续铸造成形方法，直接制造成形出表面质量良好、晶粒细化的铸坯。一方面，利用快速凝固速率，抑制了枝晶的形成，有利于合金的均匀化。另一方面，快速凝固过程消除了宏观偏析，产生亚稳态的微米级富Ti一次析出相，如图2和图3所示，能够显著缩短固溶时间。因此，可以通过固溶处理，实现合金的均匀化，并且使一次析出相回溶，进而能够实现不用热变形，直接室温轧制、时效处理的工艺流程，显著缩短了工艺流程，降低制备成本，为批量化生产奠定技术基础。
[0027](3)按照专利技术所公布的制备工艺技术，所获得的Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
‑
Ti合金的非真空短流程制备加工方法，其特征在于，所述加工方法采用非真空连续铸造，并通过添加金属间化合物脱氧剂，控制Ti元素在熔炼过程中的氧化烧损，避免形成的粗大枝晶组织，再利用冷热组合铸型连续铸造成形工艺抑制凝固过程中的宏观偏析，使棒板材铸坯中调控形成微米级别的亚稳态一次析出相，最终得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法具体包括以下步骤：S1)按照设计成分配比分别称取纯铜和Cu
‑
Ti中间合金作为原料，采用非真空连续铸造成形，得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯；S2)将S1)得到Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯采用固溶+冷变形处理；S3)对S2)处理后的Cu
‑
Ti合金的棒/板材铸坯进行时效处理，冷却后即得到Cu
‑
Ti合金棒/板材。3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法制备的Cu
‑
Ti合金棒/板材的屈服强度为820
‑
1000MPa，抗拉强度为906
‑
1200MPa，延伸率为12
‑
21％，电导率为11.7
‑
13.5％IACS。4.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述S1)中的具体工艺为：S1.1)将纯度大于99.9％的铜和Cu
‑
Ti中间合金混合均匀，放入熔炼坩埚中，再加入金属间化合物脱氧剂和覆盖剂；S1.2)采用热冷组合铸型在非真空条件下进行连续铸造成形，直接制备出厚度5
‑
50mm的板坯，或者直径φ10
‑
50mm的棒坯。5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述S1.1)中的Cu

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新华，付祎磊，解国良，张国华，汪宇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：