一種銅合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅70?85份，鋁10?15份，鎳1?2份，錫0.05?0.15份，鈦0.1?0.4份，硅0.1?0.3份，鉻0.07?0.2份，鎢0.015?0.02份，鎂0.12?0.25份，錳0.2?0.6份，鈷0.01?0.04份，磷0.001?0.003份和鑭系稀土元素0.01?0.04份；該銅合金材料的制備過程包括：熔煉、降溫及冷卻。本發明的合金材料具有高強度、高導電率、強抗彎折能力和高耐熱性，其中抗拉強度最高可達689.25MPa；導電率可達83.79％IACS。本發明制備的合金表面無明顯裂紋，表面光滑。
【專利說明】
一種銅合金材料及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于合金材料領域，具體涉及一種銅合金材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 合金是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或非金屬經一定方法所合成的具有金屬 特性的物質。根據組成元素的數目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。隨著社會和工 業的發展，對材料的性能都提出了很高的要求，如更高的強度、抗高溫、高壓、低溫、耐腐蝕、 磨損以及其他特殊物理、化學性能的要求;合金在生活中也是到處可見的，足以說明合金的 重要性，其中銅合金主要被用于電工領域、管材或閥門等領域。目前市場上的合金性能較 差，生產效率低，生產成本較高。
[0003] 中國專利CN 105118543A的發明名稱是"一種銅合金材料"，該銅合金材料的成分 為鎳、鋰、碲、硅、銅、磷、錫、錳、鎂和鑭系稀土金屬，該銅合金材料的拉伸強度、抗折性能較 低，加工性能差、易產生裂紋；中國專利CN 104882198A的發明名稱是"銅合金導線"，該銅合 金導線的組成成分是銅2 94.7036 %，錫20.2%，鎳<0.00038 %，鐵< 0.000475 %，銻仝 0.00095%，鋅 < 0.00019%，氧 < 0.0057%，錳 < 0.000475%，磷 < 0.000475%，鉍 < 0.0019 %，砷< 0.000475%，金< 0.000475%，電鍍銀>5 %，提升了銅合金導線的柔韌性和 延展性，但是組成中含有砷，有劇毒，在制備的過程中影響操作工的健康。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足而提供一種延伸性好、抗沖擊性 強、韌性高、導電率高、加工性能好和毒性小的銅合金材料。
[0005] 本發明的另一目的還在于上述銅合金材料的制備方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采取的具體技術方案是：
[0007] -種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅70-85份，鋁10-15份，鎳1-2份，錫 0.05-0.15份，鈦0.1-0.4份，硅0? 1-0.3份，鉻0.07-0.2份，鎢0.015-0.02份，鎂0? 12-0.25 份，錳0.2-0.6份，鈷0.01-0.04份，磷0.001-0.003份和鑭系稀土元素0.01-0.04份。
[0008] 優選的，包括以下重量份的組分:銅73-79份，鋁10-11份，鎳1-1.5份，錫0.05-0.09 份，鈦0.2-0.3份，硅0.15-0.2份，鉻0.1-0.15份，鎢0.015-0.018份，鎂0.15-0.2份，錳0.25-〇. 35份，鈷0.02-0.03份，磷0.0015-0.0025份和鑭系稀土元素0.02-0.03份。
[0009] 優選的，所述的鑭系稀土元素為鏑、鑭、鈰或鐠中的一種或多種。
[0010] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為800-890 °C，熔煉2-2 ? 5h;
[0012] (2)使熔煉爐繼續升溫至1100-1250°C，熔煉1 -1 ? 5h;
[0013] (3)使熔煉爐以20-30°C/min的速率降溫，至熔煉爐內的溫度為690-700°C，攪拌， 繼續熔煉0.5-lh;
[0014] (4)繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0015]優選的，步驟(1)中所述熔煉爐內溫度為820°c。
[0016]優選的，步驟(2)中所述熔煉爐繼續升溫至1135°C。
[0017]優選的，步驟(3)中所述熔煉爐內的溫度為695°C。
[0018]優選的，步驟(4)中所述降溫的速率為35-50°C/min。
[0019] 本發明的有益效果：
[0020] 本發明加入的鎂和硅在熔煉的過程中一方面起到固溶強化的作用，明顯提高銅合 金的抗拉強度和屈服強度，另一方面又形成了 Mg2Si相，使銅合金表現出優異的力學性能； 磷不僅可以作為銅合金熔煉過程中的脫氧劑，還可以提高銅合金熔體的流動性，改善銅合 金的焊接能力、耐腐蝕性和抗軟化性;鎳和錫在熔煉過程中與銅形成連續固溶體，具有寬闊 的單相區，從而提高銅合金的機械性能和耐腐蝕性能，另外可以避免合金表面產生裂紋，但 卻降低了銅合金的導電性;鎳、硅等的加入降低了銅合金的導電性，通過加入鉻來提高銅合 金的導電性能，鉻還可以增加銅合金的表面光滑度;在熔煉過程中鎢不溶于銅，它作為結晶 核心可以細化晶粒，并通過制備過程中的再結晶過程，明顯改善了銅合金的耐熱性能;錳與 銅在熔煉過程中可以互溶，同時可以作為銅的脫氧劑，提高銅的強度和耐腐蝕性;鑭系稀土 元素幾乎不溶于銅，在熔煉過程中起到變質和凈化的作用，可以與低熔點雜質形成高熔點 化合物，消除雜質的有害作用，提高銅合金的塑形，避免銅合金在加工過程中出現裂紋，另 一方面可以降低合金晶格內溶質原子的數量，提高了銅合金的導電能力、維氏硬度和抗沖 擊韌性;鈦具有重量輕、強度高、化學性質穩定的特點，鈦可以改善銅合金的熱穩定性;鈷在 銅合金材料中將其他金屬晶粒結合在一起，使銅合金具有更高的韌性，同時減少了銅合金 對沖擊的敏感性。
[0021] 本發明銅合金材料的制備過程包括:熔煉、降溫及冷卻。因合金中各原料的熔點不 同，混合熔煉時，相互有所影響，因而采取不同的熔煉溫度，最終獲得高性能的合金材料。 [0022 ]本發明的合金材料具有高強度、高導電率、抗彎折能力強和高耐熱性，其中抗拉強 度最高可達689.25MPa;導電率可達83.79%IACS;采用本發明的制備方法制備的合金表面 無明顯裂紋，表面光滑，加工性能好。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例進一步闡述本發明：
[0024] 實施例1
[0025] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅70份，鋁10份，鎳1份，錫0.05份，鈦 0.1份，硅0.1份，鉻0.07份，鎢0.015份，鎂0.12份，錳0.2份，鈷0.01份，磷0.001份和鏑0.01 份。
[0026] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0027] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為800°C，熔煉2.5h;
[0028] (2)使熔煉爐繼續升溫至1100°C，熔煉1.5h;
[0029] (3)使熔煉爐以20 °C /min的速率降溫，降溫至690 °C，攪拌，繼續熔煉0.5h;
[0030] (4)以35 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0031] 實施例2
[0032] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅85份，鋁15份，鎳2份，錫0.15份，鈦 0.4份，硅0.3份，鉻0.2份，鎢0.02份，鎂0.25份，錳0.6份，鈷0.04份，磷0.003份，鏑0.01份和 鑭0.02份。
[0033] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0034] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為890°C，熔煉2h;
[0035] (2)使熔煉爐繼續升溫至1250°C，熔煉lh;
[0036] (3)使熔煉爐以30 °C /min的速率降溫，降溫至700 °C，攪拌，繼續熔煉0.5h;
[0037] (4)以50 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0038] 實施例3
[0039] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅75份，鋁12份，鎳1.5份，錫0.09份，鈦 0.2份，硅0.2份，鉻0.1份，鎢0.017份，鎂0.2份，錳0.4份，鈷0.03份，磷0.002份，鈰0.03份和 鋅0.002份。
[0040] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0041 ] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為850°C，熔煉2.2h;
[0042] (2)使熔煉爐繼續升溫至1120°C，熔煉1.2h;
[0043] (3)使熔煉爐以25 °C /min的速率降溫，降溫至695 °C，攪拌，繼續熔煉0.7h;
[0044] (4)以40 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0045] 鋅在銅合金中的固溶度很大，具有固溶強化的作用，本實施例通過添加鋅一方面 可以進一步提高合金材料的耐磨性，耐腐蝕性，從而提高合金材料的使用壽命，另一方面增 加了銅合金材料的回收和重熔。
[0046] 實施例4
[0047] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅81份，鋁14份，鎳1.6份，錫0.12份，鈦 0.3份，硅0.15份，鉻0.15份，鎢0.019份，鎂0.18份，錳0.5份，鈷0.02份，磷0.0015份和鐠 0.04 份。
[0048] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0049] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫度 為860°C，熔煉 2.3h;
[0050] (2)使熔煉爐繼續升溫至1140°C，熔煉1.3h;
[00511 (3)使熔煉爐以28 °C /min的速率降溫，降溫至696 °C，攪拌，繼續熔煉0.8h;
[0052] (4)以45 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0053] 實施例5
[0054] -種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅78份，鋁11份，鎳1.2份，錫0.1份，鈦 0.15份，硅0.25份，鉻0.09份，鎢0.016份，鎂0.15份，錳0.3份，鈷0.015份，磷0.001份，鏑 0.01份，鑭0.02份和鐠0.01份。
[0055] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0056] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為830°C，熔煉2h;
[0057] (2)使熔煉爐繼續升溫至1110°C，熔煉lh;
[0058] (3)使熔煉爐以25 °C /min的速率降溫，降溫至700 °C，攪拌，繼續熔煉0.7h;
[0059] (4)以45 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0060] 實施例6
[0061] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅70份，鋁13份，鎳1.5份，錫0.12份，鈦 0 ? 25份，硅0 ? 1份，鉻0 ? 15份，鎢0 ? 018份，鎂0 ? 17份，鈷0 ? 025份，錳0 ? 25份，磷0 ? 0015份，鑭 0.01份，鈰0.01份和鐠0.01份。
[0062] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0063] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為840°C，熔煉2h;
[0064] (2)使熔煉爐繼續升溫至1130°C，熔煉lh;
[0065] (3)使熔煉爐以25 °C /min的速率降溫，降溫至695 °C，攪拌，繼續熔煉0.8h;
[0066] (4)以42 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0067] 實施例7
[0068] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅80份，鋁14份，鎳1.1份，錫0.06份，鈦 0.1份，硅0.27份，鉻0.13份，鎢0.015份，鎂0.23份，錳0.25份，鈷0.02，鏑0.01份，鑭0.01份， 磷0.001份，鈰0.01份，鐠0.01份和鉛0.015份。
[0069] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0070] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫度 為850°C，熔煉2h;
[0071] (2)使熔煉爐繼續升溫至1100°C，熔煉lh;
[0072] (3)使熔煉爐以28 °C /min的速率降溫，降溫至697 °C，攪拌，繼續熔煉0.8h;
[0073] (4)以46 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0074] 鉛在銅合金中與銅形成易溶共晶組織，對銅合金的導電性無影響，但它可一方面 可以改善銅合金的切削性能，另一方面能夠提高銅合金的強度、硬度、彎折耐久性和耐蝕 性。
[0075] 實施例8
[0076] -種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅82份，鋁10份，鎳1.8份，錫0.14份，鈦 0 ? 35份，硅0 ? 13份，鉻0 ? 08份，鎢0 ? 02份，鎂0 ? 21份，錳0 ? 35份，鈷0 ? 018份，磷0 ? 001份，鈰 0.02份，鐠0.02份和硼0.0002份。
[0077] -種銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0078] (1)熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫 度為820°C，熔煉2h;
[0079] (2)使熔煉爐以30°C/min的速率升溫至1135°C，熔煉lh;
[0080] (3)使熔煉爐以25 °C /min的速率降溫，降溫至695 °C，攪拌，繼續熔煉0.7h;
[0081 ] (4)以40 °C /min的速率繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。
[0082]硼在銅合金中的固溶度不大，一方面可以作為脫氧劑使用，多余的硼可以細化晶 粒，改善銅合金材料的強度，另一方面是銅合金中在熔煉過程中的優良覆蓋劑，避免氧化， 同時可以和熔體中的雜質元素結合生成高熔點的化合物，改善合金的導電性。
[0083] 對比例1
[0084] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅70份，鋁10份，鎳1份，錫0.05份，鈦 0.1份，鉻0.07份，鎢0.015份，錳0.2份，鈷0.01份，磷0.001份和鏑0.01份。本實施例的制備 過程與實施例1相一致。
[0085] 對比例2
[0086] 一種銅合金材料，包括以下重量份的組分：銅85份，鋁15份，鎳2份，錫0.15份，鈦 0.4份，硅0.3份，鎢0.02份，鎂0.25份，錳0.6份，鈷0.04份，磷0.003份和鑭0.02份。本實施例 的制備過程與實施例2相一致。
[0087] 對比例3
[0088] -種銅合金材料，包括以下重量份的組分:銅78份，鋁11份，鎳1.2份，錫0.1份，鈦 0.15份，硅0.25份，鉻0.09份，鎢0.016份，鎂0.15份，錳0.3份，鈷0.015份，磷0.001份。其制 備過程與實施例5相一致。
[0089] 實施例1-8與對比例1-3的性能測試結果見表1:
[0090] 表1實施例1-8與對比例1-3的性能測試結果
[0093]從表1中可以看出，實施例1-8的制備的銅合金具有高的強度和韌性，抗拉強度最 高可達689.25MPa;良好的導電性能，導電率可達84.98%IACS;抗彎折能力強;對比例1與實 施例1相比缺少硅和鎂，其抗拉強度降低;對比例2與實施例2相比缺少鉻，其導電性能明顯 降低;對比例3與實施例5相比缺少鑭系稀土元素，其導電性降低，抗拉強度降低。
[0094]采用實施例1-8的制備方法制備的合金表面無明顯裂紋，表面光滑。
[0095]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通 技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案 的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種銅合金材料，其特征在于，包括以下重量份的組分:銅70-85份，鋁10-15份，鎳1-2份，錫0 · 05-0 · 15份，鈦0· 1-0.4份，硅0· 1-0 · 3份，鉻0· 07-0 · 2份，鎢0· 015-0.02份，鎂0 · 12-0 · 25份，錳0 · 2-0 · 6份，鈷0 · 01-0 · 04份，磷0 · 001-0 · 003份和鑭系稀土元素0 · 01-0 · 04份。2. 如權利要求1所述的一種銅合金材料，其特征在于，包括以下重量份的組分:銅73-79 份，鋁10-11份，鎳1-1.5份，錫0.05-0.09份，鈦0.2-0.3份，硅0.15-0.2份，鉻0.1-0.15份，鎢 0 · 015-0 · 018份，鎂0 · 15-0 · 2份，錳0 · 25-0 · 35份，鈷0 · 02-0 · 03份，磷0 · 0015-0 · 0025份和鑭 系稀土元素0.02-0.03份。3. 如權利要求1或2所述的一種銅合金材料，其特征在于，所述的鑭系稀土元素為鏑、 鑭、鈰或鐠中的一種或多種。4. 一種如權利要求1-3任一項所述的銅合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 熔煉:稱量上述重量份原料，并將所有原料投入至熔煉爐內，攪拌，熔煉爐內溫度為 800-890 °C，熔煉 2-2.5h; (2) 使熔煉爐繼續升溫至1100-1250°C，熔煉1-1.5h; (3) 使熔煉爐以20-30°C/min的速率降溫，至熔煉爐內的溫度為690-700°C，攪拌，繼續 熔煉 0.5-lh; (4) 繼續降溫至室溫，得到銅合金材料。5. 如權利要求4所述的一種銅合金材料的制備方法，其特征在于，步驟（1)中所述熔煉 爐內溫度為820 °C。6. 如權利要求4所述的一種銅合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述熔煉 爐繼續升溫至1135°C。7. 如權利要求4所述的一種銅合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述熔煉 爐內的溫度為695 °C。8. 如權利要求4所述的一種銅合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述降溫 的速率為35-50 °C/min。
【文檔編號】C22C1/02GK105821238SQ201610379828
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】馬志國, 呂琰, 李敏, 代從仁, 高德峰
【申請人】黃河科技學院