專利名稱：一種高強度代銅材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度代銅材料的制備方法，更為具體的是涉及一種能用于制作 銅制及銅合金結構件的高強度、抗蠕變高鋁鋅基合金的制備方法。
背景技術：
高強度代銅材料是在ZA合金的基礎上添加一定量的其它有色金屬，成本增加不 大但綜合性能已達到黃銅綜合性能指標，用于取代銅制及銅合金結構件。此外，據測試黃銅 密度為鋅鋁合金密度的1. 68倍，即同樣重量的鋅鋁合金體積是黃銅體積的1. 68倍，可以比 黃銅多生產1.68倍的產品，而近年來有色金屬的價格逐年攀升，其中銅45000元/噸、鋅 14700元/噸、鋁14630元/噸，用高強度代銅材料取代銅及銅合金能夠進一步節約成本。 加之我國銅資源極度匱乏而鋅、鋁資源相對豐富，高強度代銅材料作為一種新型合金，由于 其具有熔煉工藝簡單、性能優良、原材料來源廣、成本低、無污染等特點，到目前為止，合金 代替銅及其銅合金已成功用于多種場合。但作為綜合力學性能要求較高的結構件，現有技 術制備的高強度代銅材料，在較高溫度下其塑性、韌性均存在不足，使之應用受到限制，還 不能較好、較廣泛地用于作為銅制結構件及銅合金結構件的替代物。
發明內容
本發明的任務在于提供一種高強度代銅材料的制備方法。其技術解決方案是一種高強度代銅材料的制備方法，包括以下步驟(1)用電阻爐將石墨坩堝加熱到700 740°C，向石墨坩堝中加入鋁塊，融化后在 鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后按比例再加入鋅制成鋅鋁混合熔融液，上述鋁與鋅的用量 配比以100重量份計，其中鋁為35 40重量份，鋅為60 65重量份；在上述鋅鋁混合熔 融液中分別加入質量分數為2. 5 3%的銅、0. 2 0. 5%的稀土鈰、0. 1 0. 15%的鋯和 0.5 0.8%的鉍，并緩慢攪拌；(2)接步驟(1)用石墨鐘罩向石墨坩堝內壓入質量分數為0. 1 0.5%的鎂，然后 把質量分數為0. 1 0. 2%的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后 在740°C的溫度下保持10 20分鐘，并進行適當地攪拌；再加入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一 段時間，扒渣澆鑄；(3)將步驟(2)獲得的合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通 過金屬模具澆注成Φ 16mmX200mm的合金試棒或通過連續鑄造機拉鑄形成棒材。上述步驟還包括如下步驟(4)將步驟(3)獲得的棒材鋸切成代銅結構件所需規格的原材料。上述步驟(1)中，上述鋁與鋅的用量配比中優選為鋁38為重量份，鋅為62重量 份；加入質量分數優選為2. 7%的銅，加入質量分數優選為0. 3%的稀土鈰，加入質量分數 優選為0. 12%的鋯，加入質量分數優選為0. 7%的鉍；上述步驟(2)中，加入質量分數優選為0. 2%的鎂，加入質量分數優選為0. 12%的稀土氧化物；上述步驟(3)中，通過連續鑄造 機拉鑄形成直徑為50mm 90mm的棒材。本發明具有以下有益技術效果本發明制取的高強度代銅材料，經常溫力學性能測試，抗拉強度為378. 9 604MPa，延伸率為0. 6 4. 8%，布氏硬度為147 153HB，維氏硬度為127 162HV。經高溫 力學性能測試，180°C時，抗拉強度為120 176MPa,，120°C時，抗拉強度為180 334MPa。 經實踐檢驗可完全代替銅質材料，用于制備銅制及銅合金結構件。
具體實施例方式參照試驗例一種鋅鋁合金的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩堝中加入 鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁混合熔融液，上述鋁與鋅 的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁混合熔融液 中分別加入質量分數為2. 7%的銅并緩慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝內壓入質 量分數為0. 2%的鎂，與鍶鹽變質劑，待完全熔化后在740V的溫度下保持10分鐘，并進行 適當地攪拌；再壓AC2Cl6除氣劑，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合金液。然后將合金液注入 金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成Φ 16mmX 200mm的合金 試棒或拉鑄成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行均勻化熱處理，之后將棒 材進行鋸切及機械加工成所需要尺寸規格的型材，即試樣1。實施例1一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩堝 中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述鋁與 鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔融液中 分別加入質量分數為2. 7%的銅、0. 2%的稀土鈰、0. 075%的鋯與0. 4%的鉍，并緩慢攪拌。 接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0.2%的鎂，并把0. 的稀土氧化物， 與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保持10分鐘，并進行適 當地攪拌；再壓AC2Cl6除氣劑除氣，靜置，扒渣澆鑄獲得合金液。然后將合金液注入金屬模 具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成Φ 16mmX 200mm的合金試棒或 拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行均勻化熱處理，之后將棒材進 行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，即試樣2。實施例2一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩 堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述鋁 與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔融液 中分別加入質量分數為2. 7%的銅、0. 22%的稀土鈰、0. 12%的鋯與0. 63%的鉍，并緩慢攪 拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0.2%的鎂，并把0. 的稀土氧化 物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保持10分鐘，并進行 適當地攪拌；再壓AC2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合金液。然后將合金液 注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成Φ 16mmX 200mm的
4合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行均勻化熱處理，之 后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，即試樣3。實施例3一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩堝 中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述鋁與 鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔融液中 分別加入質量分數為2. 7%的銅、0. 25%的稀土鈰、0. 12%的鋯與0. 7%的鉍，并緩慢攪拌。 接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 2%的鎂，并把質量分數為0. 的 稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保持10分 鐘，并進行適當地攪拌；再壓AC2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合金液。然 后將獲得的合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，即試樣4。實施例4一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩 堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述 鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔 融液中分別加入質量分數為2. 7 %的銅、0. 3 %的稀土鈰、0. 12 %的鋯與0. 7 %的鉍，并緩 慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 2%的鎂，并把質量分數為 0. 12%的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保 持20分鐘，并進行適當地攪拌；再壓入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合 金液。然后將合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，試樣5實施例5一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩 堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述 鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔 融液中分別加入質量分數為2. 7%的銅、0. 32%的稀土鈰、0. 12%的鋯與0.8%的鉍，并緩 慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 2%的鎂，并把質量分數為 0. 的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保 持15分鐘，并進行適當地攪拌；再壓入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合 金液。然后將合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，試樣6實施例6—種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩 堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述 鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為38重量份，鋅為62重量份；在上述鋅鋁熔融液中分別加入質量分數為2. 7%的銅、0.5%的稀土鈰、0. 15%的鋯與0.8%的鉍，并緩 慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 2%的鎂，并把質量分數為 0. 的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保 持15分鐘，并進行適當地攪拌；再壓AC2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合 金液。然后將合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材，試樣7。實施例7一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到700°C，向石墨坩 堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述 鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為40重量份，鋅為60重量份；在上述鋅鋁熔 融液中分別加入質量分數為2. 7%的銅、0.5%的稀土鈰、0. 12%的鋯與0.8%的鉍，并緩 慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 5%的鎂，并把質量分數為 0. 15%的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保 持15分鐘，并進行適當地攪拌；再壓入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合 金液。然后將合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材。上述各實施例獲取的鋅鋁合金型材可采用下述設備進行有關力學性能測試，并能 據此得出相應結論。WDff-IOO型電子拉伸試驗機，HB-3000型硬度計，HVS-1000型硬度計。下述表1為申請人對上述有關示例進行測試所獲得的有關數據。表 1鋅鋁合金力學性能對比
試樣名稱室溫性能高溫性能硬度抗拉強度 (MP a)抗拉強度MP aHBHV1 8 0。C120 °C試樣1118126268100125試樣2153150378.9120180試樣3153127494. 75158221. 3試樣4151162559. 39176206試樣5153148604174.2334試樣6147161513159299.6試樣7151156470159317銅試樣153150512190210實施例8—種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到740°C，向石墨坩
堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述
鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為35重量份，鋅為65重量份；在上述鋅鋁熔
融液中分別加入質量分數為2. 5 %的銅、0. 5 %的稀土鈰、0. 15 %的鋯與0. 5 %的鉍，并緩
6慢攪拌。接著用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 的鎂，并把質量分數為 0. 2%的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740°C的溫度下保 持15分鐘，并進行適當地攪拌；再壓入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合 金液。然后將合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成 Φ 16mmX 200mm的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行 均勻化熱處理，之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材。實施例9一種高強度代銅材料的制備方法，用電阻爐將石墨坩堝加熱到720°C，向石墨坩堝 中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后再加入鋅制成鋅鋁熔融液，上述鋁與 鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為37重量份，鋅為63重量份；在上述鋅鋁熔融液中 分別加入質量分數為3%的銅、0.5%的稀土鈰、0. 的鋯與0.5%的鉍，并緩慢攪拌。接著 用石墨鐘罩向上述石墨坩堝中壓入質量分數為0. 的鎂，并把質量分數為0. 2%的稀土 氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740V的溫度下保持15分鐘，并 進行適當地攪拌；再壓入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄獲得合金液。然后將合 金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成Φ 16mmX200mm 的合金試棒或拉鑄形成直徑為50mm、70mm或90mm等的棒材；再將棒材進行均勻化熱處理， 之后將棒材進行鋸切及機械加工成所需尺寸規格的型材。
權利要求
一種高強度代銅材料的制備方法，特征在于其包括以下步驟(1)用電阻爐將石墨坩堝加熱到700～740℃，向石墨坩堝中加入鋁塊，融化后在鋁液表面撒上覆蓋劑保護，然后按比例再加入鋅制成鋅鋁混合熔融液，上述鋁與鋅的用量配比以100重量份計，其中鋁為35～40重量份，鋅為60～65重量份；在上述鋅鋁混合熔融液中分別加入質量分數為2.5～3％的銅、0.2～0.5％的稀土鈰、0.1～0.15％的鋯和0.5～0.8％的鉍，并緩慢攪拌；(2)接步驟(1)用石墨鐘罩向石墨坩堝內壓入質量分數為0.1～0.5％的鎂，然后把質量分數為0.1～0.2％的稀土氧化物，與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后在740℃的溫度下保持10～20分鐘，并進行適當地攪拌；再加入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄；(3)將步驟(2)獲得的合金液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻，通過金屬模具澆注成φ16mm×200mm的合金試棒或通過連續鑄造機拉鑄形成棒材。
2.根據權利要求1所述的高強度代銅材料的制備方法，其特征在于所述步驟還包括 如下步驟(4)將步驟(3)獲得的棒材鋸切成代銅結構件所需規格的原材料。
3.根據權利要求1所述的高強度代銅材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 中，鋁為38重量份，鋅為62重量份；加入質量分數2. 7%的銅，加入質量分數0. 3 %的稀土 鈰，加入質量分數0.12%的鋯，加入質量分數0.7%的鉍；上述步驟(2)中，加入質量分數 0.2%的鎂，加入質量分數0.12%的稀土氧化物；上述步驟(3)中，通過連續鑄造機拉鑄形 成直徑為50mm 90mm的棒材。
全文摘要
本發明公開一種高強度代銅材料的制備方法，包括以下步驟(1)用電阻爐將石墨坩堝加熱，向石墨坩堝中加入選定用量配比鋁塊與鋅塊制成鋅鋁混合熔融液，在熔融液中分別加入選定用量的銅、稀土鈰、鋯和鉍，并緩慢攪拌；(2)用石墨鐘罩向坩堝內壓入選定用量的鎂，然后適量的稀土氧化物與鍶鹽變質劑覆蓋在熔融液表面，待完全熔化后再加入C2Cl6除氣劑除氣，靜置一段時間，扒渣澆鑄；(3)將合金熔融液注入金屬模具或連續鑄造機型口，經冷凝器冷卻獲得合金試棒或棒材。本發明制取的高強度代銅材料，經力學性能測試，180℃時抗拉強度為120～176MPa，120℃時抗拉強度為180～334MPa；經實踐檢驗可完全代替銅質材料，用于制備銅制及銅合金結構件。
文檔編號B22D11/04GK101914705SQ20101023232
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者孫愛芹, 孫靜, 楊興華, 王吉岱, 田秀娟, 紀剛 申請人:王吉岱