一種極高導無鉛易切削銅合金材料及其制備方法和應用
【專利摘要】本發明公開了一種極高導無鉛易切削銅合金材料及其制備方法和應用，其特點是該材料的化學成分按重量百分含量計為Te 0.10～0.30，P 0.003～0.009，Cu 99.70～99.90，雜質總和小于0.1。采用熔煉、擠壓、拉拔工藝，結合磷鋰復合深度脫氧方法，材料含氧量小于20ppm，達到無氧銅TU1水平，導電率大于95％IACS，明顯高于C14500導電率標準(大于85％IACS)。該材料兼顧了優良的切削性能和極佳的導電、導熱性能，同時具備抗腐蝕和抗電燒蝕性能，可廣泛應用于對導電性能有極高要求的電子電氣連接器件、集成電路引線框架、焊割高級槍嘴、電動機和開關部件等。
【專利說明】
-種極高導無鉛易切削銅合金材料及其制備方法和應用
技術領域
[0001] 本發明屬于合金材料技術領域，具體設及一種極高導無鉛易切削銅合金材料及其 制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 導電用紫銅，雖然有良好的導電性能，但其強度及耐熱性能較低。隨著電力工業及 電器設備的發展，迫切需要各種中高強度、中高硬度及綜合性能良好的高導電銅合金材料。
[0003] 蹄銅C14500,一是種高導易切削銅合金材料，兼顧了優良的易切削性能、導電、導 熱、抗腐蝕、抗電燒蝕性能，冷熱加工性能較好。但是由于C14500導電率只有85~90%ICAS， 在用于高壓、大電流電子電器連接件時，長時間高負荷工作條件下，易導致連接件溫度升 高，電阻增大，最后導致電接觸失效，影響其使用壽命。
[0004] 國內也有研究學者對高強、高導銅合金材料進行了研究，強化方法主要為合金化 法和復合材料法:合金化法在一定程度上W犧牲導電率的方式來提高力學性能，無法真正 達到兩者兼顧的結果，合金化法制備的銅合金導電率一般不超過80%IACS，且需要加入價 格昂貴的化、Zr、Ni及稀±金屬，其工藝復雜，工業化應用及生產困難;復合材料法加工工藝 十分繁瑣，生產成本較高，目前仍處于實驗研究階段。
[0005] 因此，開發出一種成本較低，工業化生產易實現的高強度、極高導電、易切削銅合 金材料，將會產生巨大的經濟效益和社會效益。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種極高導無鉛易切削銅合金材料及 其制備方法和應用，其特點是W銅為基體，添加少量蹄基礎上，采用憐、裡復合深度脫氧技 術，制備高導電、抗電弧燒損的銅合金材料，滿足電子電器連接器市場需求。
[0007] 本發明提供的一種極高導無鉛易切削銅合金材料的化學成分按重量百分含量計 為：
[0008] Te 0.10 ~0.30%
[0009] P 0.003 ~0.009%
[0010] Cu 99.70 ~99.90%
[00川其它雜質總和小于0.1%。
[0012] 科學研究表明，無氧銅桿中含氧量超過80ppm時，材料的工藝性能變差，表現為鑄 造及拉伸過程中斷線率急劇增高。含氧量高還能導致無氧銅桿導電率下降，Cliver化ac曾 提出計算公式:銅導電率（％IACS) = 102.14-0.001388X?【0】，由此可見含氧量是影響材 料導電率的主要影響因素，含氧量越高，導電率越低，此外含氧量高還容易引起"氨病"。
[0013] 稀±被稱之為金屬材料的"維生素"，在制備高導銅合金的研究過程中，常常被作 為綜合凈化劑、變質劑使用，可提高材料的力學性能、加工性能、耐磨性能，可使導電用銅 棒、銅桿、銅排的導電率從95~97%IACS提高到97~98%IACS，但是稀±資源有限、價格昂 貴。憐作為常規脫氧劑，脫氧效果好，且價格便宜，但殘留過多會顯著降低材料導電率;裡作 為脫氧劑，不僅能脫氧，還能起到脫除微量硫、氨的作用，綜合脫雜能力強，此外裡還能起到 細化柱狀晶的作用。
[0014] 本發明通過對憐和裡添加量的控制，可使C14500導電率從85~90% IACS提高到95 ~97 % IACS，同時使得裡的殘留量為極微量。
[0015] 如本發明的實施例所示，相對于C14500而言，本發明所得合金的導電性能十分優 異，在￥2狀態下至少可達95%^上，而(：14500的導電率僅為88.7%。
[0016] 本發明合金材料兼顧了優良的切削性能和極佳的導電、導熱性能，同時具備抗腐 蝕和抗電燒蝕性能，冷熱加工性能較好，可廣泛應用于對導電性能有極高要求的電子電氣 連接器件、集成電路引線框架、焊割高級槍嘴、電動機和開關部件等。
[0017] 本發明的另一個目的在于提供制備上述合金的方法，該方法包括如下步驟：
[0018] (1)烙煉：按重量份計，將陰極銅99.54~99.84份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑覆蓋 保護下升溫烙化;待陰極銅完全烙化后，加入0.002~0.006份憐銅中間合金脫氧，控制爐溫 至1180°C~1220°C，保溫靜置后加入0.10~0.30份的高純蹄，控制爐溫至1180°C~1220°C， 保溫靜置后加入0.001~0.003份憐銅中間合金和0.002~0.005份裡，完全烙化后，攬拌烙 池，調整爐溫為1200°C~1240°C，多次烘烤爐頭后實施牽引；
[0019] (2)擠壓:將步驟（1)所得物放入感應爐中，加熱至760~820°C，保溫30~45min，使 晶粒均勻細化，然后進行擠壓加工；
[0020] (3)酸洗及冷拉加工:對步驟(2)所得物進行酸洗，洗去表面氧化物，然后進行冷拉 加工。
[0021 ]優選的，所述方法在步驟(3)之后，還包括步驟:對冷拉加工后材料進行矯直和銀 切。可在矯直機上矯直，銀切成指定長度，表面質量檢查及物理性能檢測合格后，包裝入庫。
[0022] 優選的，步驟（1)所述憐銅中間合金為CuP14XuP14的制備方法可參見中國專利 ZL200810148006.8《一種憐銅中間合金的制備方法》。
[0023] 優選的，所述裡是W裡銅中間合金CuLi 1.5形式加入，所述高純蹄為99.99%蹄，所 述覆蓋劑為木炭、石墨鱗片、石墨粉、米慷中的一種。
[0024] 優選的，步驟(2)所述擠壓加工是在邸式擠壓機中進行，擠壓加工時，可根據要求 設定產品加工率，將產品加工成1 /4硬態、半硬態或硬態產品。
[0025] 優選的，所述保溫靜置的時間為15-20分鐘。
[00%]本發明義用了特別研制的物料加入順序：陰極銅--覆蓋劑--2/3倍憐-- 蹄一一1/3倍憐+裡一一連鑄。其中，"2/3倍憐"脫去大部分氧，"1/3倍憐+裡"復合深度脫氧， 材料含氧量小于20ppm，達到無氧銅TU1水平。材料導電率大于95%IACS，明顯高于C14500導 電率標準（大于85%IACS)，抗電弧燒損性能及物理性能與C14500相當，滿足高導電子電器 連接器市場要求，使用壽命長。
[0027] 本發明的另一個目的在于提供上述合金材料在電氣或機械領域中的應用。如在電 子電氣連接器件、集成電路引線框架、焊割高級槍嘴、電動機或開關部件等方面的應用。
[0028] 本發明的有益效果：
[0029] 1、本發明所得合金材料含氧量小于20ppm，達到無氧銅TU1水平；
[0030] 2、本發明所得合金材料的抗電弧燒損性能及物理性能與C14500相當，導電率大于 95%IACS，明顯高于C14500標準(大于85%IACS)，滿足高導電子電器連接器市場要求，使用 壽命長；
[0031] 3、本發明所得合金材料的蹄含量僅為0.10%~0.30%，但材料切削性能依然達到 鉛黃銅C36000的80%W上。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是W下實施例只是用 于對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練 人員根據上述
【發明內容】
所做出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
[0033] W下實施例中，加入原料時，除非有特別說明，均按重量份數加入。
[0034] 實施例1 [003引（1)烙煉
[0036] 陰極銅99.8份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑木炭覆蓋保護下升溫烙化;待陰極銅完 全烙化后，加入0.006份憐銅中間合金(2/3)倍脫氧，控制爐溫至118(TC~1220°C，保溫靜置 15min~20min;隨后加入0.31份的高純蹄(99.99%蹄），控制爐溫至1180°(：~1220°(：，保溫 靜置15min~20min;然后加入0.003份憐銅中間合金（1/3倍)+0.005份裡，完全烙化后，攬拌 烙池，調整爐溫為1200°C~1240°C，多次烘烤爐頭后實施牽引；
[0037] (2)擠壓
[0038] 棒巧成分及表面質量檢測合格后，放入感應爐中，加熱至820°C，保溫時效30~ 45min，使晶粒均勻細化，采用07五孔擠壓模具，擠壓比58.7,置入邸式擠壓機內進行擠壓 加工；
[0039] (3)酸洗及冷拉加工
[0040] 對上述擠壓加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔機上拉拔至05.5(Y)產品。
[0041 ] (4)矯直銀切
[0042] 冷拔加工后材料銀切至指定長度，然后在矯直機上矯直，表面質量檢查及物理性 能檢測合格后，包裝入庫。
[0043] 實施例2
[0044] (1)烙煉
[0045] 陰極銅99.7份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑石墨鱗片覆蓋保護下升溫烙化;待陰極 銅完全烙化后，加入0.004份憐銅中間合金(2/3)倍脫氧，控制爐溫至118(TC~1220°C，保溫 靜置15min~20min;隨后加入0.25份的高純蹄(99.99%蹄），控制爐溫至1180°(：~1220°(：， 保溫靜置15min~20min;然后加入0.002份憐銅中間合金（1/3倍)+0.004份裡，完全烙化后， 攬拌烙池，調整爐溫為1200°C~1240°C，多次烘烤爐頭后實施牽引；
[0046] (2)擠壓
[0047] 棒巧成分及表面質量檢測合格后，放入感應爐中，加熱至800°C，保溫時效30~ 45min，使晶粒均勻細化，采用Oil.2五孔擠壓模具，擠壓比38.3,置入邸式擠壓機內進行擠 壓加工；
[0048] (3)酸洗及冷拉加工
[0049] 對上述擠壓加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔機上拉拔至09.8(Y2)產品。
[(K)加](4)矯直銀切
[0051]冷拔加工后材料在矯直機上矯直，然后銀切至指定長度，表面質量檢查及物理性 能檢測合格后，包裝入庫。
[0化2]實施例3
[0053] (1)陰極銅99.6份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑石墨粉覆蓋保護下升溫烙化;待陰極 銅完全烙化后，加入0.002份憐銅中間合金(2/3)倍脫氧，控制爐溫至118(TC~1220°C，保溫 靜置15min~20min;隨后加入0.20份的高純蹄(99.99%蹄），控制爐溫至1180°(：~1220°(：， 保溫靜置15min~20min;然后加入0.001份憐銅中間合金（1/3倍)+0.003份裡，完全烙化后， 攬拌烙池，調整爐溫為1200°C~1240°C，多次烘烤爐頭后實施牽引；
[0054] (2)擠壓
[0055] 棒巧成分及表面質量檢測合格后，放入感應爐中，加熱至760°C，保溫時效30~ 45min，使晶粒均勻細化，采用015.5單孔擠壓模具，擠壓比60,置入邸式擠壓機內進行擠壓 加工；
[0056] (3)酸洗及冷拉加工
[0057] 對上述擠壓加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔機上拉拔至〇14(Y2)產品。
[0化引（4)矯直銀切
[0059] 冷拔加工后材料在矯直機上矯直，然后銀切至指定長度，表面質量檢查及物理性 能檢測合格后，包裝入庫。
[0060] 實施例4
[006U (1)烙煉
[0062] 陰極銅99.50份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑米慷覆蓋保護下升溫烙化;待陰極銅完 全烙化后，加入0.002份憐銅中間合金(2/3)倍脫氧，控制爐溫至118(TC~1220°C，保溫靜置 15min~20min;隨后加入0.12份的高純蹄(99.99%蹄），控制爐溫至1180°(：~1220°(：，保溫 靜置15min~20min;然后加入0.001份憐銅中間合金（1/3倍)+0.002份裡，完全烙化后，攬拌 烙池，調整爐溫為1200°C~1240°C，多次烘烤爐頭后實施牽引；
[0063] (2)擠壓
[0064] 棒巧成分及表面質量檢測合格后，放入感應爐中，加熱至820°C，保溫時效30~ 45min，使晶粒均勻細化，采用07.5雙孔擠壓模具，擠壓比128,置入邸式擠壓機內進行擠壓 加工；
[0065] (3)酸洗及冷拉加工
[0066] 上述擠壓加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，倒拉機上拉拔至〇 6.6中間產品。
[0067] (4)退火及拉拔
[0068] 06.6中間產品置于退火爐中，600°C溫度下退火，保溫化后隨爐冷卻至常溫，然后 倒拉機上拉拔成。6.2產品。
[0069] (5)矯直銀切
[0070] 冷拔加工后材料銀切至指定長度，然后在矯直機上矯直，表面質量檢查及物理性 能檢測合格后，包裝入庫。
[0071] 對實施例1-4所得合金進行測試，其化學成分及性能如表1和表2所示。
[0072] 1、化學成分
[0073] 表1:化學成分檢測結果(單位wt%)
[0074]
[C
[0076] 注:檢測方法參照國家標準GB/T 5121-2008《銅及銅合金化學分析方法》測定
[0077] 2、物理性能、切削性能、導電性能
[0078] 物理性能按GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》測定，切削性能按照GB/ T26306-2010《易切削銅合金棒》測定，導電性能按照GB/T351-1995《金屬材料電阻系數測量 方法》測定。
[0079] 表2:物理性能與切削加工性能檢測結果
[0080]
[0081 ] 注:表2中切削性能與C36000(100%)相比較。
【主權項】
1. 一種極高導無鉛易切削銅合金材料，其特征在于該材料的化學成分按重量百分含量 計為： Te 0.10 ~0.30% P 0.003 ~0.009% Cu 99.70~99.90 % 其它雜質總和小于0.1 %。2. 制備如權利要求1所述的銅合金材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： (1) 熔煉:按重量份計，將陰極銅99.54~99.84份加入半連鑄爐中，在覆蓋劑覆蓋保護 下升溫熔化;待陰極銅完全熔化后，加入0.002~0.006份磷銅中間合金脫氧，控制爐溫至 1180°C~1220°C，保溫靜置后加入0.10~0.30份的高純碲，控制爐溫至1180°C~1220°C，保 溫靜置后加入〇. 001~〇. 003份磷銅中間合金和0.002~0.005份鋰，完全熔化后，攪拌熔池， 調整爐溫為1200°C~1240Γ，多次烘烤爐頭后實施牽引； (2) 擠壓:將步驟（1)所得物放入感應爐中，加熱至760~820°C，保溫30~45min，使晶粒 均勻細化，然后進行擠壓加工； (3) 酸洗及冷拉加工：對步驟（2)所得物進行酸洗，洗去表面氧化物，然后進行冷拉加 工。3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在步驟(3)之后，還包括步驟:對 冷拉加工后材料進行矯直和鋸切。4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述磷銅中間合金為CuP14。5. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鋰是以鋰銅中間合金CuLi 1.5形式加 入，所述高純碲為99.99 %碲。6. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述覆蓋劑為木炭、石墨鱗片、石墨粉、米 糠中的一種。7. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述擠壓加工是在臥式擠壓機 中進行。8. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，擠壓加工時，將產品加工成1/4 硬態、半硬態或硬態產品。9. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述保溫靜置的時間為15-20 分鐘。10. 權利要求1所述的合金材料或根據權利要求2-9任一項所述方法制備得到的合金材 料在電氣或機械領域中的應用，其特征在于，所述應用包括在電子電氣連接器件、集成電路 引線框架、焊割高級槍嘴、電動機或開關部件上的應用。
【文檔編號】C22C1/03GK106048295SQ201610663323
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610663323.8, CN 106048295 A, CN 106048295A, CN 201610663323, CN-A-106048295, CN106048295 A, CN106048295A, CN201610663323, CN201610663323.8
【發明人】侯龍超, 侯仁義, 馮春發, 呂忠華
【申請人】四川鑫炬新興新材料科技有限公司