一種高強度導電銅合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料加工技術領域，具體設及一種高強度導電銅合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 銅合金廣泛應用于電力、電子、輕工等國民經濟領域，特別是銅合金W其優良的導 電導熱性且價格低廉成為了理想的引線框架材料。然而，一般的銅合金，例如C194牌號，其 抗拉強度較低，很難達到高強度銅合金(〇b含eOOMPa)的要求，限制了其工程應用范圍。一般 而言，銅合金的高導電性與高強度很難兼具，通過形變強化或固溶強化等方法往往造成導 電率大幅降低。因此，在保證一定電導率前提下，提升銅合金強度、硬度，使其能夠滿足特殊 應用場合，成為了國內外研究重點。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在提供一種高強度導電銅合金及其制備方法，該方法制備的高強度 導電銅合金具有優異的力學性能和較好的導電性能，達到了高強中導銅合金的要求。
[0004] 為達到上述目的，本發明采用的制備技術方案為：
[0005] -種高強度導電銅合金的制備方法，包括W下步驟：
[0006] 1)按質量比為1:1將鋼粉和銘粉混合均勻后研磨16~2她;然后將研磨后的產物取 出，干燥，得到合金化化(Mo)粉末，真空封裝保存；
[0007] 2)按質量比為9:1將銅粉和步驟1)制得的合金化Cr(Mo)粉末均勻混合，加入正庚 燒作為過程控制劑，研磨8~16h;然后將研磨后的產物取出，干燥，得到合金化Cu(Mo,化）固 溶體粉末，真空封裝保存；
[000引3)將步驟2)制得的合金化Cu(Mo，Cr)固溶體粉末在真空度為l0-3Pa、溫度為450~ 600°C的條件下退火0.5~1.化，然后冷卻至室溫，真空封裝保存；
[0009] 4)將退火后的化(Mo,化）固溶體粉末在壓力為150~ISOMPa、溫度為800~950°C的 條件下熱壓燒結0.5~1.化;燒結完成后自然冷卻至室溫并卸壓，即得到高強度導電銅合 金〇
[0010] 所述的鋼粉和銘粉的純度為含98%，銅粉的純度為含99.8%，粒度均為200目W 細。
[0011] 所述步驟1)和步驟2)中的研磨在振動棒磨機中進行，研磨前先抽真空再充入惰性 氣體保護，設置振動棒磨機的轉速為900~lOOOrmp/min，使用的振動棒為不誘鋼材質，棒料 比為25:1~35:1。
[0012] 所述步驟1)和步驟2)中在研磨完成后，先對振動棒磨機抽真空，然后向其中充入 無水乙醇，繼續研磨50~55min后濕取產物，將產物靜置后濾去上層清液，再進行干燥;其中 充入的無水乙醇的體積為振動棒磨機內棒磨罐容積的15~18%。
[0013] 所述步驟1)和步驟2)中的干燥是將待干燥的粉末置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10~12h。
[0014] 所述步驟2)中在研磨時向每300g銅粉和合金化化(Mo)粉末的混合物中加入150~ 160mL正庚燒。
[0015] 所述步驟3)中的退火在真空管式爐中進行，退火前先抽真空至l(T3Pa，再W8~10 °C/min的升溫速度升溫至450~600°C并保溫0.5~1.化，整個過程維持真空度為1〇- 3化不 變。
[0016] 所述步驟4)中將退火后的Cu(Mo,化）固溶體粉末裝入內表面鋪放有石墨紙的硬質 合金模具中，振實，再放入熱壓燒結爐內進行熱壓燒結。
[0017] 所述步驟4)中在進行熱壓燒結時，先在室溫下升壓至630MPa并保壓15min，然后降 低壓強至150~ISOMPa，再W8~10°C/min的升溫速度升溫至800~950°C，并在該條件下熱 壓燒結0.5~1.化。
[0018] 所述的高強度導電銅合金的制備方法制得的高強度導電銅合金，其抗拉強度為 852.60~936.88M化，2%屈服強度為778.03~852.71MPa，硬度為278.5~299.2HV，導電率 為46.2~46.8% IACS，密度為8.64~8.74g/cm3，斷后伸長率為3.1~4.6%。
[0019] 相對于現有技術，本發明具有W下有益效果：
[0020] 本發明提供的高強度導電銅合金的制備方法，將鋼粉和銘粉均勻混合后研磨，干 燥研磨產物，得到合金化化(Mo)粉末;再將合金化Cr(Mo)粉末和銅粉均勻混合后研磨，干燥 研磨產物，得到合金化Cu(Mo,化)粉末;將合金化Cu(Mo,化)粉末真空退火后再熱壓燒結，冷 卻至室溫即可得到高強度導電銅合金。本發明使用的合金元素簡單且價格相對低廉，制備 工藝簡單，操作方便，其核屯、步驟包括機械合金化制粉、粉末退火和粉末燒結，將機械合金 化粉末燒結成塊材，得到高強度導電銅合金。該方法制備的高強度導電銅合金具有優異的 力學性能和較好的導電性能，達到了高強中導銅合金的要求。
[0021] 本發明制備的高強度導電銅合金，抗拉強度平均可達到900M化，密度為8.7g/cm3 左右，其相對密度可達98 %左右，硬度值為278.5~299.2HV，導電率為46.6 % IACS。在保持 較好導電性的同時，具有優異的力學性能，能夠滿足特殊場合的使用需求。
[0022] 本發明還具有W下優點：
[0023] 1)相對妮、錯、銀等傳統強化銅基體元素，選擇價格較低廉的銘和鋼進行合金化， 銘、鋼含量均為粉末總質量的5%。
[0024] 2)利用振動棒磨機經過兩次機械合金化，實現了常規方法無法實現的銘和鋼在銅 中的超飽和固溶，相對于烙煉而言可W在較低溫度下實現合金化過程。
[0025] 3)采取利用模具進行熱壓燒結的方式制備塊材，包括加壓工藝和燒結溫度，工藝 簡單，操作方便，在燒結過程中達到析出強化的目的，提高強度和硬度。
[0026] 4)將機械合金化與粉末冶金相結合，實現機械合金化粉末在較低溫度燒結，節約 經濟成本。
[0027] 5)制備的銅合金塊材抗拉強度遠大于高強度銅合金要求(Ob > eOOMPa)，同時保持 較好的導電性。
【具體實施方式】
[0028] 本發明制備的高強度導電銅合金，其關鍵在于合金化元素種類和含量，制備方法 的核屯、在于將機械合金化與粉末冶金結合，通過機械合金化實現鋼元素和銘元素在銅中的 固溶，利用粉末冶金的熱壓燒結將合金化的銅粉末燒結成型并固溶析出，從而獲得高強度 又具有良好導電性的銅合金塊材。該制備方法包含機械制粉、粉末退火和熱壓燒結=部分， 其中
[00巧]機械制粉的工藝要點為：
[0030] 1)按質量比為1:1將鋼粉和銘粉共450g混合均勻后加入振動棒磨機中，其中使用 商品化的鋼粉和銘粉，純度為分析純(純度含98% )，粒度為200目W細。按棒料比為25:1~ 35:1加入不誘鋼材質的振動棒，每根約215g，棒磨前先抽真空后充入惰性氣體作為氣氛保 護，設定振動棒磨機轉速為900~lOOOrmp/min,研磨16~2她后停機。
[0031] 2)研磨結束后將振動棒磨機抽真空，然后向其中充入無水乙醇(無水乙醇的體積 為振動棒磨機內棒磨罐容積的15~18%)，繼續研磨50~55min后濕取產物，將產物靜置后 濾去上層清液，置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10 ~12h，得到合金化化(Mo)粉末，真空封裝保存。
[0032] 3)將銅粉和合金化Cr(Mo)粉末均勻混合，其中使用商品化的銅粉，純度為分析純 (純度> 99.8% )，粒度為200目W細，合金化Cr(Mo)粉末質量占混合后粉末總質量10%，共 取300g混合粉末加入振動棒磨機中，按棒料比為25:1~35:1加入不誘鋼棒，加入150~ 160ml正庚燒作為過程控制劑，避免在研磨過程中產生冷焊，棒磨前先抽真空后充入氣氣作 為氣氛保護，設定振動棒磨機轉速為900~lOOOrmp/min，研磨8~16h后停機。
[0033] 4)研磨結束后將振動棒磨機抽真空，然后向其中充入無水乙醇(無水乙醇的體積 為振動棒磨機內棒磨罐容積的15~18%)，繼續研磨50~55min后濕取產物，將產物靜置后 濾去上層清液，置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10 ~12h，得到合金化化(Mo，化)固溶體粉末，真空封裝保存；
[0034] 粉末退火的工藝要點為：
[0035] 將合金化Cu(Mo,化）固溶體粉末放入真空管式爐中，先將真空管式爐抽真空至10-中曰，再W8~10°C/min的升溫速度升至450~60