一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法技术

本发明专利技术为一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。包括如下步骤：固溶淬火处理：以CuCrZr合金棒材为原料，进行固溶处理使合金元素完全固溶于铜基体中，然后淬火；等径角挤压处理：以淬火后的棒材为原材料，进行8道次以上的等径角挤压处理，使得晶粒大小达到102nm级别；深冷轧制变形：在液氮条件下使用常规双辊轧机对棒材进行轧制变形，单道次的下压量不超过铜铬锆合金的临界变形度，轧制的总变形量达到70％以上，获得铜铬锆合金板材；热处理：对板材进行热处理，使Cr在晶界处析出，得到纳米层片铜铬锆合金。本发明专利技术使用ECAP+深冷轧制，可制得厚度在40～50nm的纳米层片组织，小角度晶界能降低电阻率，纳米尺度的晶粒带来了高强度与高塑性的性能组合。高强度与高塑性的性能组合。高强度与高塑性的性能组合。

【技术实现步骤摘要】
一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法


[0001]本专利技术属于材料成型领域，具体涉及一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。

技术介绍

[0002]接触线作为电气化铁路弓网关系的重要介质，应确保列车高速运行时能持续不断地从牵引供电系统中获得电能，因此必须具备良好的张力和稳定性。铜铬锆合金由于强度高于纯铜，又具备良好的导电性，在电气化高速铁路接触线、集成电路引线框架、火箭发动机内壁等方面具有巨大的应用潜力，是强度导电性能一体化材料的热点研究对象。但是，相比于铜银、铜铌等其他铜合金，传统加工制造的铜铬锆合金强度提升较低，严重限制了它的生产推广和应用。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，A.Vinogradov等人在《Acta Materialia》(材料学报，2002，50：1693
‑
1651)上发表的“Structure and properties of ultra
‑
fine grain Cu
–
Cr
–
Zr alloy produced by equal
‑
channel angular pressing”(等径角挤压超细晶Cu
‑
Cr
‑
Zr合金的组织与性能)一文中，将14
×
15
×
175mm的Cu
‑
0.44Cr
‑
0.2Zr方坯在1040℃固溶30min，然后在5％的NaCl水溶液中淬火。在室温下以0.4mm/s的速度按90
°
方形通道相交的方式进行多次压制，使得材料产生巨大剪切变形，细化晶粒。再在375℃、425℃和500℃进行时效处理。实验结果表明等径角挤压处理后的样品极限抗拉强度及热稳定性获得了大幅度的提高，但延伸性均显著下降。等径角挤压虽然可以将铜铬锆合金细化到超细晶尺度，得到等轴超细晶，但获得的等轴超细晶晶界普遍为大角度晶界，不利于电子运动，降低了电导率。且等径角挤压在进行到8道次之后面临着产物硬度过高损伤模具的问题，其极限抗拉性能最高只能提高到672Mpa。
[0004]轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，其工艺简单、操作方便，广为运用。进一步检索发现，G.Y.Li等人在《Vacuum》(材料科学与工程A刊，2021，190，110315)上发表的“A high strength and high electrical conductivity CuCrZr alloy prepared by aging and subsequent cryorolling”(时效冷轧制备高强度高导电性CuCrZr合金)一文中指出，与室温轧制合金相比，深冷处理的合金具有高强度、高延展性和高导电性的特点。由于变形温度较低，形成了更多的变形孪晶，取代了大角度晶界；这样的孪晶有望减少电输运中晶界对电子的散射。但值得注意的是单纯的深冷轧制加时效工艺可以制得厚度约200nm的层片组织，其极限抗拉强度达到了712Mpa，但断裂延伸率只有不到2％，难以实际运用。难以依靠单纯的深冷轧制加时效工艺将其进一步细化到纳米晶的等级。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金
的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤(1)：固溶淬火处理：以质量百分比为99～99.5wt％Cu、0.35～0.55wt％Cr、0.09～0.15wt％Zr的CuCrZr合金棒材为原料，进行固溶处理使合金元素完全固溶于铜基体中，然后淬火；
[0008]步骤(2)：等径角挤压处理：以步骤(1)淬火后的棒材为原材料，进行8道次以上的等径角挤压处理，使得晶粒大小达到102nm级别；
[0009]步骤(3)：深冷轧制变形：在液氮条件下使用常规双辊轧机对步骤(2)得到的棒材进行轧制变形，单道次的下压量不超过铜铬锆合金的临界变形度，轧制的总变形量达到70％以上，获得铜铬锆合金板材；
[0010]步骤(4)：热处理：对步骤(3)得到的板材进行热处理，使Cr在晶界处析出，得到纳米层片铜铬锆合金。
[0011]进一步的，CuCrZr合金棒材的组分如下：99.4wt％Cu、0.45wt％Cr、0.12wt％Zr。
[0012]进一步的，步骤(1)中的原料CuCrZr合金棒材的制备方法为：以块状纯铜、纯铬、纯锆为原材料，材料熔炼的方法制备CuCrZr铸锭，然后采用锻造制备成等径角挤压处理所需尺寸的棒材。
[0013]进一步的，步骤(1)中的固溶处理的参数如下：在1000
±
50℃在炉中保温2小时。
[0014]进一步的，步骤(4)中热处理的参数如下：将材料以460℃在炉中保温1小时。
[0015]一种纳米层片铜铬锆合金，采用上述的方法制备。
[0016]进一步的，CuCrZr合金中的晶粒呈现层片状，晶粒的厚度为40～50nm。
[0017]进一步的，CuCrZr合金的断裂延伸率13～15％。
[0018]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0019]1.本专利技术使用ECAP+深冷轧制，可制得厚度在40～50nm的纳米层片组织，小角度晶界能降低电阻率，纳米尺度的晶粒带来了高强度与高塑性的性能组合；另外，本专利技术采用等径角挤压变形与深冷轧制复合处理制备纳米层片板材，相比于其他制备方法如DPD塑性变形、HPT高压扭转，该方法安全性高，成本较低。
[0020]2.本专利技术采用深冷轧制变形制备纳米层片铜铬锆合金板材，对设备要求不高，方法简单易行，可重复性强。
[0021]3.本专利技术制备的纳米层片铜铬锆合金板材极限抗拉强度相当高，也具有相当的热稳定性，使得制备的合金板材在各种应用环境下能够承受更大的变形，能够满足实际的应用需求。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的制备纳米层片铜铬锆合金的方法流程示意图。
[0023]图2为实施例制备的纳米层片铜铬锆合金的拉伸曲线图。
[0024]图3为实施例制备的纳米层片铜铬锆合金的TEM图像。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0026]本专利技术以铜铬锆合金棒材为例，给出详细的实施方式和具体操作，以下实施例涉
及四步工序包括：固溶淬火变形、等径角挤压处理、深冷轧制变形处理、热处理，其中：
[0027]步骤一：以熔炼纯金属，制备Cu
‑
0.45Cr
‑
0.12Zr合金。铸锭锻造成尺寸为11.5mm*11.5mm*125mm的棒材。在变形处理前，棒材在1000℃空气循环炉中均质2h，然后用纯净水进行淬火。
[0028]步骤二：将所得的粗晶铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合塑形变形制备纳米层片铜铬锆合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：固溶淬火处理：以质量百分比为99～99.5wt％Cu、0.35～0.55wt％Cr、0.09～0.15wt％Zr的CuCrZr合金棒材为原料，进行固溶处理使合金元素完全固溶于铜基体中，然后淬火；步骤(2)：等径角挤压处理：以步骤(1)淬火后的棒材为原材料，进行8道次以上的等径角挤压处理，使得晶粒大小达到102nm级别；步骤(3)：深冷轧制变形：在液氮条件下使用常规双辊轧机对步骤(2)得到的棒材进行轧制变形，单道次的下压量不超过铜铬锆合金的临界变形度，轧制的总变形量达到70％以上，获得铜铬锆合金板材；步骤(4)：热处理：对步骤(3)得到的板材进行热处理，使Cr在晶界处析出，得到纳米层片铜铬锆合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，CuCrZr合金棒材的组分如下：99.4wt％Cu、0.45wt％Cr、0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宁宁，崔鹏，刘吉梓，赵永好，王经涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：