專利名稱：直接時效法制備高強高導Cu-Ni-Al導體材料的制作方法
直接時效法制備高強高導Cu-Ni-Al導體材料技術領域
本發明屬Cu合金領域，涉及制備具有高強高導特性的Cu-Ni-Al導體材料的生產 方法。
背景技術：
高速鐵路是我國十二五規劃的重點發展項目，其對高速列車及鐵路電氣化所需的 高性能專用銅材等高、精、尖產品的需求呈井噴性的增長。然而作為供電電網關鍵部件之 一的接觸線還大量依靠國外進口，在國內還沒有形成獨立的自主知識產權和相關的生產能 力。為確保高速鐵路穩定、經濟的運行，要求接觸線同時具備高電導率和高強度的特征。許 多高強高導合金材料被逐漸開發出來，其中Cu-Cr-^ 合金以其優異的綜合性能而備受關 注。Cu-Cr-^·是最為典型的沉淀強化型合金，它是向Cu-Cr中加入少量的&元素，使得在 析出過程中同時產生Cr相和Cu3&相兩種析出相，阻礙位錯運動提高合金強度。同時Cr 和Cu3&相的析出凈化了 Cu基體，使合金具備高強度的同時獲得較高的電導率。
Cu-Cr-Zr合金通常的制備工藝為感應熔煉澆鑄成鑄錠，對鑄錠高溫固溶之后進行 時效處理，然后進行一定程度的冷變形獲得具有高強高導性能的試樣。這種高溫固溶工藝 能耗大、周期長不利于該合金的實際生產。同時由于^ 元素非常活潑且其密度小、熔點高， 極易在熔煉過程中燒損，使得合金實際ττ含量偏低且難以控制，導致合金性能下降難以大 規模生產。
因此雖然Cu-Cr-a·合金表現出較好的高強高導特性，但仍難以大規模應用。很有 必要針對高強高導材料面臨的問題開發出一種具有高強高導特性的且易于熔煉生產的導 體材料以及一種簡單易行的生產工藝。發明內容
本發明針對前述高強高導材料存在的問題，提供一種制備高強高導Cu-Ni-Al合 金的工藝。
本發明通過如下步驟實現將Cu、Al置于真空感應爐中，在低于0. 1 大氣壓下熔 化，在1000°c下靜置除氣后向爐內充Ar至60kPa，再加入Ni并熔化，經電磁攪拌均勻澆鑄 后直接冷軋到一定變形量，之后進行200 600°C時效處理0. 2 10h。
本發明省去了常規制備Cu-Cr-^ 合金所需的固溶處理，只需對鑄錠進行一定變 形程度的冷軋之后直接進行時效即可獲得高強高導性能。避免了高溫固溶熱處理時合金的 氧化過燒等問題，簡化了加工流程，降低生產成本。
本發明無需采用傳統的高溫固溶處理，也可以實現第二相的析出。之所以通過直 接時效也能獲得高強高導性能是由于冷軋變形使合金內部產生大量的位錯等晶體缺陷，這 些晶體缺陷為第二相析出提供了有利的形核位置，使得第二相無需通過固溶也能直接析 出。同時，熔煉澆鑄中較快的冷卻速度使得一部分合金元素來不及析出而固溶在Cu基體 中，所得到的鑄態Cu相本身就處于過飽和狀態，也有利于后期的時效析出。
本發明之所以選擇在Cu基體中添加Ni和Al元素不僅僅因為Ni和Al元素儲量 豐富，而是通過在Cu基體中產生MA13析出相粒子，充分發揮NiA13粒子強化作用提高合 金強度，同時通過Al把固溶在Cu基體中的M原子“吸”出，避免固溶的M原子對合金電 導率造成的損害作用。
本發明具有的有益效果
本發明所述的高強高導Cu-Ni-Al合金制備方法僅包含熔煉澆鑄、冷軋、直接時效 三個步驟，加工過程簡單可控，流程短能耗低，適合大規模工業生產。同時該高強高導合金 僅包含Cu、Ni和Al三種廉價金屬，材料成本低。本發明制備的合金性能范圍廣，可通過控 制冷軋變形量和時效工藝獲得多種強度與電導率匹配。
具體實施方式
成分0.4% Ni，0. 4% Al，其余為 Cu。
制備方式將Cu、Al置于真空感應爐中，在低于0. 1 大氣壓下熔化，在1000°C下 靜置除氣后向爐內充Ar至60kPa，再加入M并熔化，經電磁攪拌均勻澆鑄到水冷銅模，銅模 中冷卻水流速為0. 02m/s。對鑄錠冷軋至壓下量為70%后進行400°C時效處理Ih空冷。
性能根據國標GB/T228-2002測得合金抗拉強度為650MPa，根據四點法測得合金 室溫電導率為80% IACS。
實施例2:
成分0.4% Ni，0. 4% Al，其余為 Cu。
制備方式將Cu、Al置于真空感應爐中，在低于0. 1 大氣壓下熔化，在1000°C下 靜置除氣后向爐內充Ar至60kPa，再加入M并熔化，經電磁攪拌均勻澆鑄到水冷銅模，銅模 中冷卻水流速為0. lm/s。對鑄錠冷軋至壓下量為85%后進行500°C時效處理0. 5h空冷。
性能根據國標GB/T228-2002測得合金抗拉強度為510MPa，根據四點法測得合金 室溫電導率為90% IACS。
實施例3:
成分0.4% Ni，0. 4% Al，其余為 Cu。
制備方式將Cu、Al置于真空感應爐中，在低于0. 1 大氣壓下熔化，在1000°C下 靜置除氣后向爐內充Ar至60kPa，再加入M并熔化，經電磁攪拌均勻澆鑄到水冷銅模，銅模 中冷卻水流速為0. 4m/s。對鑄錠冷軋至壓下量為95%后進行200°C時效處理IOh空冷。
性能根據國標GB/T228-2002測得合金抗拉強度為790MPa，根據四點法測得合金 室溫電導率為70% IACS。
實施例4
成分0.4% Ni，0. 4% Al，其余為 Cu。
制備方式將Cu、Al置于真空感應爐中，在低于0. 1 大氣壓下熔化，在1000°C下 靜置除氣后向爐內充Ar至60kPa，再加入M并熔化，經電磁攪拌均勻澆鑄到水冷銅模，銅模 中冷卻水流速為1. Om/s。對鑄錠冷軋至壓下量為90%后進行600°C時效處理0. 2h空冷。
性能根據國標GB/T228-2002測得合金抗拉強度為900MPa，根據四點法測得合金 室溫電導率為75% IACS。
上述具體實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制。在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種制備高強高導Cu-Ni-Al合金的方法，其特征在于對合金原料熔煉澆鑄到水冷 銅模后直接冷軋到一定變形量，之后進行200 600°C時效處理0. 2 10h。
2.如權利要求1所述的水冷銅模，其特征在于水冷銅模中冷卻水的流速為0.02 1. Om/s，特別地優選0. 4m/s。
3.如權利要求1所述的制備高強高導Cu-Ni-Al合金方法，其特征在于冷軋壓下量為 70 % 95 %，特別地優選90 %。
4.如權利要求1所述的時效處理后可采用空冷或爐冷方式冷卻。
5.如權利要求1所述的高強高導Cu-Ni-Al合金，其特征在于合金具有如下成分Ni為 0.4%, Al 為 0.4%，其余為 Cu。
全文摘要
本發明公開了一種制備高強高導Cu-Ni-Al導體材料的方法。以Cu-0.4％(質量百分數，下同)Ni-0.4％Al為例，將合金原料熔煉澆鑄到水冷銅模后直接冷軋到一定變形量，之后進行200～600℃時效處理0.1～10h。采用本發明制備的Cu-Ni-Al合金強度可達450～900MPa，電導率可達70％～90％IACS。該方法生產流程短，工藝簡單，適合大規模工業生產。同時所制備的合金性能范圍廣，可通過調節時效工藝獲得多種強度與電導率的匹配，滿足各方面應用的實際需求。
文檔編號C22C9/01GK102041366SQ20101054038
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者劉嘉斌, 孟亮, 秦海英, 胡金力 申請人:中國計量學院