本發明涉及銅合金的真空熔煉,具體來說是為了提高銅的電導率的真空熔融。
背景技術:
銅是經常要使用的一種金屬材料,銅的導電性、介電損耗、脆性、塑性等和銅的微觀結構會密切的關系,結構缺陷將會影響到這些性能。
上述結構缺陷與銅的凝固、固態轉變、擴散等過程有及其密切的關系,通常缺陷有點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷,并且這些缺陷隨著外界的條件變化也在不同的變化,進一步影響到銅的相關性能。
在銅的凝固過程中,加入一些孕育劑或者晶粒細化劑,選取合適的凝固時間和溫度,可獲得適宜的成核和晶粒成長速率,從而控制晶粒尺寸,形成較小的晶粒,實現細化。
對銅合金材料來說,影響電導率的因素主要有固溶原子、雜質、空位、位錯以及晶界對電子的散射作用。
技術實現要素:
為了解決現有技術中銅的電導率低、力學性能差的問題,本發明公開了一種電導率高的銅合金材料,按照重量份包括以下組分:0.01-0.04份鑭、0.001-0.04份鋰、0.01-0.04份鈰、0.001-0.005鎵、0.001-0.005份鎘、100份銅,所述的銅合金材料采用真空熔融的方法,在銅合金結晶過程中施夾于超聲波結晶,在加入合金元素前通過惰性氣體并保持真空度為10kpa~30kpa。其中在本發明中合金元素具有兩個目的,第一,是增大銅的力學性能,第二是提高銅在結晶過程中的致密性,進一步提高導電性能,在現有技術中存在一些加入稀土元素和稀散元素的記載,本發明相比與現有的記載,其電導率有顯著的提高,其中電導率可以提高到101~101.5%之間,能夠在一定程度上代替含銀銅。在銅的結晶中,晶體的致密性是至關重要的,直接影響銅的導電性能,而本發明在銅的結晶過程中,通過加入本發明公開的合金元素顯著的提高了銅晶體的致密性并且能夠提高力學性能。而在本發明的制備中,加入惰性氣體的原因在于防止加入的合金元素揮發,所以選用適量的真空度。
其中在實驗中發現,上述各組分的含量不是獨立存在的,為了達到較高電導率,其組分之間會有一定的相互影響性,而通過實驗發現上述合金元素各量和超聲波的配合可以充分的降低晶粒、提高銅晶體的致密性,提高電導率。在實驗中在采用其他合金元素或者其他含量和超聲波的配合時,并不具有相應的效果,所以,本發明中特定合金元素和含量和超聲波配合是本發明核心點所在,但同時,在沒有超聲波的刺激下,該合金元素的加入通常情況下可以提高力學性能,對電導率影響不大。綜上,本發明公開的合金元素的加入,能夠充分的對銅進行除雜、并增大了強度、提高了銅晶體的致密性,提高了電導率。
作為優選,按照重量份包括以下組分:0.02-0.03份鑭、0.005-0.01份鋰、0.03-0.04份鈰、0.002-0.003鎵、0.002-0.005份鎘、100份銅,在上述優選方案下,本發明的銅導電率可以達到100%以上。
作為改進,所述的超聲波的頻率范圍為100khz~10mhz,所述的超聲波的功率為m*20w~m*100w,其中m為銅合金熔體的質量。發現超聲波的范圍頻率應為100khz~10mhz之間,功率應和熔體成只比,正比范圍為
在優選的實施方式中,所述的超聲波的頻率范圍為1mhz-5mhz,所述的超聲波的功率為m*50w~m*100w,其中m為銅合金熔體的質量,同時,本發明的銅結晶是一個復雜的過程,本發明通過超聲波,在熔體晶格形成過程中,施夾外恰當的刺激,提高了形成晶粒的均勻性和致命性,其中超聲波頻率和強度的選擇至關重要,強度小,不容易形成有效的刺激,強度過大,會破壞晶粒,增大缺陷,影響電導率。本發明選用合適的頻率和強度有效的保證了晶粒不被破壞的前提下的致密性。
作為改進,通入惰性氣體后的真空度保持在20kpa~25kpa,在保證去雜的有效性下提高了能夠使得合金充分混合于銅水本體中。
在優選方案中,考慮成本和性能通入的惰性氣體為氬氣。本發明通過加入所述的合金元素以及晶體結晶,可以在保證甚至提高銅力學性能的前提下,提高晶體的致密性進一步提高電導率到101%以上,能夠在某種程度上代替含銀合金元素,廣泛用于航空航天、軍工等領域。
具體實施方式
具體實施例一、
本實施例公開的銅合金材料原料各部分如下:
其中銅合金真空熔煉的方法如下:
步驟一、選用99.9%的電解銅為原料;
步驟二,開啟電源,通入氬氣,保持真空度為10kpa-30kpa,進行熔融操作,電壓采用階梯給壓,直至融化,并根據熔體的變化(氣體是否很多)控制功率,當沒有劇烈氣泡生成時,通入氬氣,直至真空度保持為20kpa-25kpa,此時加入合金元素;
步驟三、進行精煉操作
步驟四、使用頻率為100khz-10mhz、功率為m*(50-100)w,其中m為銅合金熔體的質量施加于銅液中進行冷卻結晶后處理。
步驟五、擠壓、拉伸制成銅絲。
在拉伸制得銅絲后的電導性能進行測試,制備的銅絲的電導率為: