一种合金线材的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种合金线材的制备方法及其应用，包括以下步骤：S1：称取铜源、镍源和锡源熔融后进行定向凝固；S2：均匀化处理步骤S1冷凝后所得的铸锭；S3：对步骤S2所得的铸锭进行第一次拉拔得到线材，按重量百分数计，所述合金线材包括如下组分：Ni 9～25％、Sn3.5～12％、余量为Cu和杂质。本发明专利技术的一种合金线材及其制备方法和应用可以有效地解决Cu

【技术实现步骤摘要】
一种合金线材的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种合金线材的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]Cu
‑
Ni
‑
Sn合金具有高强度、良好的抗应力松弛和耐腐蚀等性能，被视为可取代Cu
‑
Be合金的理想材料。其中Cu
‑
Ni
‑
Sn合金产品在制造集成电路引线框架、精密电子元器件接插件等方面应用广泛。随着电子通讯等行业的快速发展，高负载、高可靠性和高服役寿命已成为导体功能器件的主要发展方向，这使得作为信号传输、结构支撑和热管理系统等用的高强导电铜合金的服役条件变得更加苛刻，因此制备出超高强Cu
‑
Ni
‑
Sn合金带、线、丝材具有极佳的应用价值。Cu
‑
Ni
‑
Sn合金作为一种Ni和Sn元素合金含量较高的铜合金，其加工硬化速率较高，冷加工较困难，现有技术中无法进行Cu
‑
Ni
‑
Sn合金线材的制备。
[0003]因此，亟需开发出一种合金线材的制备方法可以制备高强度的Cu
‑
Ni
‑
Sn线材合金。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种合金线材的制备方法和应用，可以有效地解决Cu
‑
Ni
‑
Sn合金加工硬化速率较高，冷加工较困难的现状，获得高强度，高断后伸长率和高导电率的合金线材。
[0005]本专利技术还提出一种上述合金线材在电子通讯、航空航天、石油化工、海洋工程和新能源领域中的应用。
[0006]根据本专利技术的第一方面实施例的一种上述合金线材的制备方法，括以下步骤：
[0007]S1：称取铜源、镍源和锡源熔融后进行定向凝固；
[0008]S2：均匀化处理步骤S1定向凝固后所得的铸锭；
[0009]S3：对步骤S2所得的铸锭进行第一次拉拔得到线材；
[0010]按重量百分数计，所述合金线材包括如下组分：Ni 9～25％、Sn3.5～12％、余量为Cu和杂质。
[0011]根据本专利技术第一方面实施例，至少具有如下有益效果：
[0012]1.本专利技术通过采用定向凝固法制备得到沿连铸方向柱状晶组织的铸锭，该铸锭具有优异的冷加工性能，利用均匀化处理可以消除合金中的枝晶偏析。
[0013]2.本方法应用于Cu
‑
Ni
‑
Sn合金线材的制备工艺中，可以有效地解决Cu
‑
Ni
‑
Sn合金加工硬化速率较高，拉拔(冷加工)较困难的现状，获得超高强度的合金力学性能。
[0014]3.本专利技术的制备方法制备的Cu
‑
Ni
‑
Sn合金线材，金属丝材的强度1320MPa以上、断后伸长率为2.5％以上、导电率为7.9％IACS以上。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述线材的直径为2～4mm。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述铜源包括电解铜片。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述的电解铜片的纯度大于99.99％。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述镍源包括镍片。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述的镍片的纯度大于99.99％。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述锡源包括锡块。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，述的锡块的纯度大于99.99％。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述真空条件下的真空度为10
‑4～10
‑2Pa。
[0023]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述真空条件下的真空度为10
‑4～10
‑3Pa。
[0024]真空度控制在10
‑4～10
‑3Pa，真空度更高，熔炼制备的合金中氧含量更少，性能更好。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述定向凝固的熔融温度为1300～1400℃。
[0026]根据本专利技术的一些优选地实施例，步骤S1中，所述定向凝固的熔融温度为1300～1350℃。
[0027]高于该温度，晶粒容易粗化且铜元素容易挥发，造成合金成分不准确；低于该温度，融化速度太慢，且容易造成合金元素扩散不均匀。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述定向凝固的熔融过程的保温时间为10～30min。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述定向凝固在定向凝固炉中进行。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述定向凝固炉中包括刚玉坩埚。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述刚玉坩埚的形状包括圆柱形。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述刚玉坩埚的内径为12～20mm。
[0033]内径尺寸过大，会导致在定向凝固过程中心部区域温度梯度逐渐减小，从而形成等轴晶粒。内部尺寸过小，会使得合金线丝材产量减小。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述定向凝固炉中还包括金属连杆器。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述金属连杆器的轴向运动速度为0.001～1mm/s。
[0036]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述定向凝固的凝固步骤在冷凝器中进行；所述冷凝器的冷却液包括镓铟合金冷却液。
[0037]现有的熔炼设备中的冷却系统大都为水冷铜结晶器，本专利技术采用镓铟液态合金进行冷却结晶，该合金的导热系数远大于水冷铜结晶器，利用定向凝固炉中的拉伸连杆器可以有效地制备出柱状晶组织或者单晶。
[0038]根据本专利技术的一些实施例，所述冷却液的熔点为11～16℃。
[0039]若高于这个温度，则在室温条件下冷却液发生凝固，影响后续定向凝固过程中的冷却效率；若低于这个温度，成本过高。
[0040]根据本专利技术的一些实施例，所述定向凝固的凝固过程中还包括循环冷却过程。
[0041]根据本专利技术的一些实施例，所述循环冷却的介质包括冷却水。
[0042]根据本专利技术的一些实施例，所述冷却水的流量为300～320L/h。
[0043]根据本专利技术的一些实施例，所述的均匀化处理的温度为700～900℃。
[0044]在上述温度范围内，可以避免晶粒长大粗化以及偏析难以消除。
[0045]根据本专利技术的一些实施例，所述的均匀化处理的保温时间为0.5～10h。
[0046]根据本专利技术的一些实施例，步骤S3中，所述第一次拉拔的速度为0.1～100mm/s。
[0047]拉拔速度过低，效率太慢；拉拔速度过高，容易发生断裂，降低成品率。
[0048]根据本专利技术的一些实施例，所述第一次拉拔分为2～6道次拉拔。
[0049]拉拔过程中采用2～6次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：称取铜源、镍源和锡源熔融后进行定向凝固；S2：均匀化处理步骤S1定向凝固后所得的铸锭；S3：对步骤S2所得的铸锭进行第一次拉拔得到线材；按重量百分数计，所述合金线材包括如下组分：Ni 9～25％、Sn3.5～12％、余量为Cu和杂质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述线材的直径为2～4mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述定向凝固在真空度为10
‑4～10
‑2Pa的真空条件下进行。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述定向凝固的熔融温度为1300～1400℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述定向凝固的凝...

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