一种高强高导Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ导体材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具备高强度高电导率的Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ导体材料及制备方法。材料成分的重量百分比Ｎｉ为０．１％～３％、Ａｌ为０．１％～２％，其余为Ｃｕ。先将Ｃｕ、Ａｌ置于真空感应炉中，在低于０．１Ｐａ大气压下熔化，在１０００～１２００℃下静置除气后向炉内充Ａｒ至５０～６０ｋＰａ，再加入Ｎｉ并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经９５０～１０００℃热处理１～２ｈ后淬水冷却，随即进行２００～５００℃时效处理０．５～１２ｈ。之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为９０％～９９％。采用本发明专利技术制备的Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ合金强度可达４００～８００ＭＰａ，电导率可达６０％～９５％ＩＡＣＳ。本合金仅含Ｃｕ、Ｎｉ和Ａｌ三种储量丰富的金属元素，具有明显的价格优势。同时合金性能范围广，可通过调节制备工艺获得多种强度与电导率的匹配，满足各方面应用的实际需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属Cu合金领域，涉及一种具有高强高导特性的Cu-Ni-Al导体材料及制备 方法。
技术介绍
科学技术的进步对导体材料性能的要求越来越高。例如，高科技领域中强磁场技 术应用的导体线圈和高速电气化铁路使用的牵引线，要求能够承受较高载荷的同时仍具有 良好的导电性。常规导体材料已不能胜任，必须开发出兼有高强度和高电导率的新材料来 满足此类科学
的发展需要。然而导体材料的强度和电导率往往是一对矛盾，即提高强度的措施往往以牺牲电 导率为代价。因此努力使合金保持高电导率而同时能够显著提高强度，是目前研制新型导 体材料的焦点。通过在Cu基体中加入互不相溶的合金元素产生第二相并辅以一定程度 的冷变形被认为是制备高强高导材料最有前途的方法之一。属于这一类的代表性合金有 Cu-Cr-^ 和Cu-^Vg等。其中Cu-^Vg合金由于需要用到贵金属Ag，合金成本较高限制其大量 应用。Cu-Cr-^ 合金则由于^ 元素过于活泼在熔炼时极易烧损而难于工业化生产。Cu-Ni 合金属于另外一类中强高导合金。由于Ni能够在Cu基体中无限固溶无法类似于Cu-^Vg合 金以产生第二相强化。如果在Cu-Ni基础上添加适量的Al元素，则可能在Cu基体中产生 NiAl3金属间化合物粒子。NiAl3金属间化合物粒子具有很高的硬度，当通过适当的制备工 艺使得适当尺寸的NiAl3粒子均勻分布在Cu基体中能有效阻碍位错运动，提高合金强度。 同时NiAl3具有很高的热稳定性，能显著提高合金的再结晶温度，改善合金高温使用性能。 Ni和Al的添加量对于NiAl3含量以及Cu合金中最终相组成有很大影响。过多的Al将使 得Cu基体中除了 NiAl3还有CuAl化合物，虽然对合金强化有利但将损害电导性能。控制 适当比例和适当尺寸的第二相对获得高强高导性质具有决定性作用，然而至今仍无关于高 强高导Cu-Ni-Al合金的成分设计以及制备方法的报导。
技术实现思路
本专利技术针对前述高强高导材料存在的问题，提供一种仅包含Cu、Ni、Al三种常见 金属元素且制备工艺相对简单的Cu-Ni-Al合金及制备方法。本专利技术之所以选择在Cu基体中添加Ni和Al元素不仅仅因为Ni和Al元素廉价 丰富，而是通过在Cu基体中产生MAl3析出相粒子，充分发挥MAl3粒子强化作用提高合金 强度，同时通过Al把固溶在Cu基体中的M原子“吸”出，避免固溶的M原子对合金电导 率造成的损害作用。本专利技术的Cu-Ni-Al合金与已有的Cu-^Vg和Cu-5% Cr合金强化思路完 全不同，本专利技术的材料依靠NiAl3粒子强化来提高合金强度，而Cu-Ag和Cu-5% Cr则通过 大变形产生纳米纤维实现强化目的。本专利技术通过如下步骤实现将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. 1 大气压下熔 化，在1000 1200°C下静置除气后向炉内充Ar至50 60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经950 1000°C固溶热处理1 后淬水冷 却，随即进行200 500°C时效处理0. 5 12h。之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至 截面收缩率为90% 99%。本专利技术具有的有益效果本专利技术所述的Cu-Ni-Al合金仅包含Cu、Ni和Al三种常见金属，材料成本低。同时 本专利技术公开的制备方法所需的加工变形量较小(截面收缩率90% 99%)，远低于Cu-5% Cr等(截面收缩率大于99.9%)，生产周期短，适合大规模工业生产。合金性能范围广，可 通过控制成分和制备工艺获得多种强度与电导率匹配。具体实施例方式实施例1 成分0.4% Ni，0. 3% Al，其余为 Cu。 制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1200°C下 静置除气后向炉内充Ar至60kPa，再加入M并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经1000°C固溶热处理池后淬水冷却，随即进行200°C时效处理12h。之后对 合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为99%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为625MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为86% IACS。实施例2:成分0.Ni，0. Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. 1 大气压下熔化，在1200°C下 静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入M并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经1000°C固溶热处理Ih后淬水冷却，随即进行400°C时效处理他。之后对合 金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为430MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为94% IACS。实施例3:成分3%Ni，2% Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. 1 大气压下熔化，在1000°C下 静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入M并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经950°C固溶热处理池后淬水冷却，随即进行500°C时效处理0.证。之后对 合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为795MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为61% IACS。实施例4:成分1.5% Ni，1.0% Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. 1 大气压下熔化，在1100°C下 静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入M并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经980°C固溶热处理1. 5h后淬水冷却，随即进行300°C时效处理lh。之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为95%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为700MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为76% IACS。上述具体实施例用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制。在本专利技术的精 神和权利要求的保护范围内，对本专利技术做出的任何修改和改变都落入本专利技术的保护范围。权利要求1.一种具有高强度高电导率的Cu-Ni-Al合金，其特征在于合金成分的重量百分比Ni 为0. 3%、Al为0. 2%，其余为Cu。2.如权利要求1所述的高强高导Cu-Ni-Al合金的制备方法。其特征在于将Cu、Al 置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1000 1200°C下静置除气后向炉内充 Ar至50 60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经 950 1000°C固溶热处理1 2h后淬水冷却，随即进行200 500°C时效处理0. 5 12h。 之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90% 99%。全文摘要本专利技术公开了一种具备高强度高电导率的Cu-Ni-Al导体材料及制备方法。材料成分的重量百分比Ni为0.1％～3％、Al为0.1％～2％，其余为Cu。先将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1000～1200℃下静置除气后向炉内充Ar至50～60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高强度高电导率的Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ合金，其特征在于合金成分的重量百分比Ｎｉ为０．１％～３％、Ａｌ为０．１％～２％，其余为Ｃｕ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉斌，孟亮，胡金力，秦海英，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]