專利名稱：配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處理方法
技術領域：
本發明涉及一種銅基合金制備技術，尤其是涉及一種配合Cu-Ag合金拉拔變 形加工的固溶及時效處理方法。
技術背景科學技術的進步對導體材料性能的要求越來越高，常規導體材料已經不能勝 任越來越苛刻的工作條件，必須開發具有更高強度同時兼有良好導電性能的導 體材料以滿足需要。通常提高材料強度的方法往往以損失電導率為代價。因此，使材料強度得 到改善的同時仍然保持高電導率或僅少量犧牲電導率是目前研制新型導體材料 的焦點。在Cu基體中加入互不相溶的合金元素并通過強烈應變來制備纖維相復 合強化銅合金，被認為是最有發展前途的高強高導材料制備方法之一。采用這 種方法目前已研制出具有優良性能的導體板材和線材，其中以纖維相復合強化 Cu-Ag合金具有最佳的強度和電導率匹配。決定Cu-Ag合金性能的主要因素之一是合金中纖維復合相分布狀態與數量。 纖維復合相主要通過鑄態組織的強應變原位形成。除合金成分外，合金制備過 程中各工藝環節的有機匹配對最終組織具有決定性作用，尤其是熱處理與強應 變的配合是影響初始組織及復合纖維分布狀態與數量的重要因素。發明專利ZL0410016688.9公開了一種控制復相纖維強化銅銀合金性能匹配 的熱處理工藝，通過均勻化處理、拉拔變形及中間熱處理制備了 Cu-12%Ag合 金線材，在20 600'C范圍內進行最終熱處理可控制材料強度在1040 220MPa范 圍變化，電導率在73。/。 93e/。IACS范圍內變化。美國發明專利US6800151公開 了一種控制Cu-Ag合金性能匹配的熱處理工藝，給定了控制Cu-(6 44)%Ag合 金強度和電導率的變形程度、退火溫度和退火時間。以上技術僅針對了控制材 料最終性能的方法，未涉及對原始組織優化的熱處理技術及其與隨后應變過程 的配合。美國發明專利US5391242及US5322574公開了具有高強高導特性的 OK6 24)WAg合金板材和線材加工技術，通過熔煉、鑄造、冷軋或冷拉拔配合 中間熱處理獲得了雙相纖維組織。美國發明專利US5534087公開了具有高強高導 特性的Cu-(16 30)。/。Ag合金線材加工技術，通過連續鑄造、快速冷卻、冷拉拔和中間熱處理使合金達到了強度為700MPa和電導率為75。/。IACS的綜合性能。發明 專利ZL02110785.8及ZL02110630.4公開了兩種復相纖維強化Cu-Ag合金及其制 備工藝，采用特定的熔煉、冷拉拔及中間熱處理技術，使合金達到了800 1150MPa 的強度和60。/。 80。/。IACS的電導率。發明專利ZL200510048639.8公開了一種原位 納米纖維增強的Cu-Ag-RE合金及其制備技術。利用微量稀土添加劑細化了合金 原始組織，通過多次中間熱處理和深度變形加工使合金具有高強度和高電導率。 以上專利主要通過強烈拉拔變形配合多次中間熱處理來實現材料的高強度和良 好電導率，未涉及對原始組織形態和性能進行熱處理先期優化，工藝限制性強， 并且多次中間熱處理也破壞了拉拔過程的連續性，降低了生產效率，增加了加 工成本。在一些學術刊物中也涉及了纖維相復合強化Cu-Ag合金的熱處理技術。 Hong等(Acta Materials, 1998, 46:4111; Materials Science and Engineering, 1999, A264:151)公布了Cu-24。/。Ag合金性能隨最終熱處理溫度的關系，可以控制強度和 電導率的匹配。Zhang等(Materials Letters, 2004， 58:3888)提出了退火溫度與 Cu-12MAg合金力學和電學性能的關系，表明了纖維組織在熱處理過程中的形態 變化。Liu等(Materials Science and Engineering, 2006, A418:320)提出了不同退 火溫度下等溫時間對Cu-Ag合金組織性能的影響，闡明了保溫時間的作用規律。 然而，這些成果僅涉及控制變形量、中間熱處理及最終退火等方法調整合金性 能，而未進一步提出原始組織熱處理與變形加工配合改善和控制性能的加工技 術。另有一些文獻(Sakai等，Applied Physics Letters, 1991， 59:2965; Sakai等， ActaMaterialia, 1997, 45:1017; Gaganov等，Z. Metallkd., 2004, 95:425;王英民等， 稀有金屬材料與工程，2001， 30:295;張曉輝等，中國有色金屬學報，2002， 12:115)均對纖維增強Cu-Ag合金的熱處理進行了研究，指出合適的熱處理可以 形成更細密的纖維組織，給出了合金強度和電導率的關系。然而，這些熱處理 技術也僅局限于均勻化退火、中間熱處理及最終熱處理，同樣未涉及原始組織 熱處理與變形加工的配合。鑒于以上背景技術及存在的問題可見，雖然已有的公開技術已經涉及了高強 高導Cu-Ag合金的熱處理、冷加工和性能控制等問題，但主要針對的是中間熱 處理、成品熱處理及其這些熱處理與變形加工過程的配合，尚未涉及原始組織 熱處理尤其是固溶及時效與變形加工的配合來改善纖維相復合強化Cu-Ag合金 性能的技術。發明內容本發明目的在于提供一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處理技 術。通過對Cu-(7~12)%Ag合金進行固溶及時效再配合適當的拉拔變形工藝， 得到具有優良強度和電導率的納米纖維相復合強化組織。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，其中Ag的質量百分數為(7~12) %，其余為電解Cu;將電解Cu和純Ag置于殘余氣體壓力低于0.1Pa的真空感 應爐中熔化，熔體靜置除氣后向爐內充Ar至30kPa，澆鑄成錠；其特征在于 將鑄錠進行固溶及時效處理，在常溫下多道次拉拔變形，變形程度表示為/ =lnG4o^)，其中J。和^分別為變形前后試樣橫截面積。所述的固溶處理工藝為將鑄錠置于加熱爐中，在還原氣氛保護下以1(TC/ 分鐘的升溫速率加熱到720'C保溫2 4小時，再以5"C/分鐘的升溫速率加熱到 74(TC保溫2 4小時，最后以rC/分鐘的升溫速率加熱到760 775'C保溫4~8小 時，淬水冷卻。所述的時效工藝為加熱爐升溫至350~550°C，將固溶后的鑄錠置于爐中， 保溫l-128小時后隨爐冷卻。所述的拉拔變形工藝為當變形程度;/<3.0，拉拔道次平均變形程度7 <0.10~0.15;當變形程度/^3.0，拉拔道次平均變形程度/7<0.08~0.11。 本發明具有的有益效果是(1) 省略了熱加工預變形及多次中間熱處理等環節，工藝相對簡化，使合金綜合性能接近甚至超過高Ag含量合金。(2) 經過上述固溶、時效與變形加工配合制得的纖維相復合強化 Cu-(7 12)%Ag合金強度為380 1400MPa，相對電導率為(60~92) %IACS。(3) 通過調整固溶、時效和拉拔變形加工參數，可以方便地調整合金的強度 與電導率。(4) 合金在較低的變形程度即可達到高強度和良好電導率匹配水平。
圖1三個實施例合金抗拉強度隨拉拔變形程度的變化。圖2三個實施例合金電導率隨拉拔變形程度的變化。圖3三個實施例合金與已公開技術制備合金綜合性能的比較。
具體實施方式
實施例h將質量分數為7%純銀和93%電解銅酸洗并充分清洗后烘干； 將原材料置于真空感應爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內充Ar氣至30kPa，經充分電磁攪拌均勻后靜置2~3分鐘澆注成O)23xl80mm鑄錠；將鑄錠在還原氣氛保護下進行三級加熱保溫，升溫速率分別為10、 5及1'C/分鐘，加熱溫度分別為720、 740及775 °C，保溫時間分別為4、 4及8小時，保溫后淬水冷卻；將固溶后的鑄錠置于35(TC爐中保溫128小時后隨爐冷卻； 車削加工去除鑄錠表面缺陷后在常溫下多道次拉拔。當變形程度7 <3.0，拉拔道次平均變形程度; O.10 0.15;當變形程度/7》3.0，拉拔道次平均變形程度;7<0.08~0.11;最終變形程度為 7=7.0。 實施例2:將質量分數為9%純銀和91%電解銅酸洗并充分清洗后烘干。 鑄錠熔煉及澆注過程同實施例1。固溶過程及升溫速率同實施例1。固溶加熱溫度分別為720、 740及770 °C; 保溫時間分別為2、 2及4小時，保溫后淬水冷卻；將固溶后的鑄錠置于45(TC爐中保溫32小時后隨爐冷卻； 拉拔過程同實施例1。實施例3:將質量分數為12%純銀和88%電解銅酸洗并充分清洗后烘干； 鑄錠熔煉及澆注過程同實施例1;固溶過程及升溫速率同實施例1。固溶加熱溫度分別為720、 740及760 °C; 保溫時間分別為2、 4及8小時，保溫后淬水冷卻；將固溶后的鑄錠置于55(TC爐中保溫1小時后隨爐冷卻； 拉拔過程同實施例1。上述實施例制備的纖維相復合強化Cu-Ag合金抗拉強度在不同變形程度下 可達到380 1400MPa，電導率可達到(60-92) %IACS (見圖l及圖2所示)， 從其抗拉強度和電導率匹配關系所反映出的綜合性能明顯優于Cu-7.5%Ag，并 接近甚至超過高Ag含量的Cu-24%Ag合金(見圖3所示)。
權利要求
1.一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處理方法，將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，其中Ag的質量百分數為(7～12)％，其余為電解Cu；將電解Cu和純Ag置于殘余氣體壓力低于0.1Pa的真空感應爐中熔化，熔體靜置除氣后向爐內充Ar至30kPa，澆鑄成錠；其特征在于將鑄錠進行固溶及時效處理，在常溫下多道次拉拔變形，變形程度表示為η＝ln(A0/A)，其中A0和A分別為變形前后試樣橫截面積。
2. 根據權利要求1所述的一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處 理方法，其特征在于所述的固溶處理工藝為將鑄錠置于加熱爐中，在還原氣 氛保護下以1(TC/分鐘的升溫速率加熱到72(TC保溫2~4小時，再以5'C/分鐘的 升溫速率加熱到74(TC保溫2~4小時，最后以l'C/分鐘的升溫速率加熱到 760 775 'C保溫4 8小時，淬水冷卻。
3. 根據權利要求1所述的一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處 理方法，其特征在于所述的時效工藝為加熱爐升溫至350 550'C，將固溶后的 鑄錠置于爐中，保溫1~128小時后隨爐冷卻。
4. 根據權利要求1所述的一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處 理方法，其特征在于所述的拉拔變形工藝為當變形程度;/<3.0，拉拔道次平均 變形程度/7<0.10-0.15;當變形程度/723.0，拉拔道次平均變形程度/7<0.08~0.11。
全文摘要
本發明公開了一種配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶及時效處理方法。將質量百分數為(7～12)％的金屬Ag，其余為電解Cu的配料在真空感應爐中熔化，在Ar氣保護下澆注成錠，將鑄錠進行固溶及時效處理，在常溫下多道次拉拔變形。經過上述固溶、時效與變形加工配合制得的纖維相復合強化Cu-(7～12)％Ag合金強度為380～1400MPa，相對電導率為(60～92)％IACS。本發明簡化了工藝過程，使合金綜合性能接近甚至超過高Ag含量合金。
文檔編號C22F1/08GK101265558SQ20081006077
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者劉嘉斌, 劉晶晶, 亮 孟 申請人:浙江大學