專利名稱：一種銅鋯鉍合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高強高導電易切削銅基合金及其制備方法，屬銅基電工合金材料。
背景技術：
高強高導易切削銅合金是指在具有較高的室溫抗拉強度、優(yōu)良的導電性能易切削表面光潔度極高的合金。銅基合金材料主要用作汽車、摩托車、電工、電子、電力等行業(yè)中的電阻焊電極、引線框架、導電橋等材料。國內外這類合金按其強度和導電率主要分為四類
(1)高強高導電銅合金，抗拉強度500 600MPa，導電率80 90% IACS ； (2)中強高導電銅合金，抗拉強度350 550MPa，導電率70 98% IACS ；
(3)高強中導電銅合金，抗拉強度700 800MPa，導電率40 50%IACS ；
(4)超高強低導電銅合金，抗拉強度彡900MPa，導電率=10 30%IACS ；
目前，國內外廣泛使用的易切削銅主要是HP1359-1，通常規(guī)定它的易切削性為100%， 但該合金含約m的鉛，導電率不超過30IACS%。該合金不能滿足對導電率不小于80 IACS% 的導電性能要求。此外，純銅由于粘度較大，不宜加工或無法加工成表面光潔的元器件， 在加工過程中不斷屑，導致細長的屑刮傷器件表面，無法滿足插接件、連接件表面高光潔度的要求。因此，在此類應用中在保持高導電率和高強度的前提下，易切削性就成為對銅合金比較突出的性能要求。近年來，該領域新材料的研究主要集中于銅一氧族元素，如Cu-S， Cu-Se，Cu-Te，等。制備技術為合金熔鑄法。強化手段為形變強化、固溶強化或時效強化等。雖然這些方法對銅基合金材料的性能和使用范圍有所改善，但對材料導電率、易切削性、高溫硬度和軟化溫度等性能有待進一步改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種銅鉍鋯合金及其制備方法，在CuBi 合金的發(fā)明基礎上，再添加對導電性能影響也較小，又能較好提高強度的^ 元素，形成了新的銅基電工合金材料，能滿足某些特殊用戶需要。本發(fā)明的技術方案是，制備特種銅合金材料，其化學成份為Bi 0. 0001 3. 0wt%, Zr 0. 001 6. 0wt%，余量為Cu。將電解銅和一定重量百分比的鉍、電解銅和一定重量百分比的鋯，分別經真空中頻熔煉成中間合金，再將電解銅、CuBi和中間合金按合金設計成分比例配好，真空中頻熔煉成CWrBi合金錠；合金錠再經過模鍛、退火、擠壓、 拉拔等工藝加工，獲得棒材或絲材等成品。其具體制備步驟包括如下
(1)先將金屬銅與金屬鉍按重量百分比100:3 200:1混合配料，在真空度>1X10一 2Pa的條件下加熱至1044 1074°C熔煉0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuBi0.5_3中間合金；再將金屬銅與金屬鋯按重量百分比100:6 100:1混合配料，在真空度>1 X 10 —2I^a的條件下加熱至1060 1100°C熔煉0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuZiv6中間合金；
(2)將步驟(1)制得的CuBia5_3、Cu^v6中間合金和高純電解銅按重量百分比0.5 3 1 6 :100 200混合配料，在真空度>1X10 —2Pa的條件下，加熱至1050 1100°C熔煉 0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuZrBi合金；
(3)在100 600MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在500 800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度>1X10 —2I^a的條件下真空退火1 12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比10 25:1，擠壓溫度為700 850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒CWrBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CWrBi高導電易切削合金制品；
(7)根據使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CWrBi高強高導電易切削合金制品。所述電解銅的純度為彡99. 95%，金屬鉍的純度為彡99. 9%，金屬鋯的純度為彡 99. 7%ο所述步驟(6)中拉拔和軋制的總變形量為25 90%，熱處理溫度為400 800°C， 時間1 12h。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果
(1)高熔點金屬ττ與銅形成固溶體外還可能形成多相金屬間化合物，有效地促進了 Cu 合金的晶粒組織細化，明顯改善了銅合金的微觀組織結構，提高了銅合金的力學性能和高溫強度、軟化溫度。(2)低熔點金屬Bi與銅幾乎不共溶，只能均勻地分布于銅的晶界上，對合金材料的電阻率影響較小，并且能改善材料的易切削性能。(3)高熔點金屬^ 與金屬Bi、Cu都有一定的固溶度。這能使Bi通過^ 進入Cu 的晶粒內部，進一步加強易切削性能。(4)該在銅合金中沒有添加Pb、Cr等有害元素，在制備的電器元件中就不含有游離態(tài)Pb、Cr等有害元素，因此能滿足歐盟綠色認證(RoHS)。(5)該合金材料具有導電率大于80IACS%、最大抗拉強度大于400MPa和軟化溫度高等優(yōu)點，特別是有較好的易切削性能，經切削后表面光潔度高，可用做電力、電工、電子、 機電等行業(yè)中的導電桿、電阻焊電極、引線框架、導電橋和換向器等材料。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明的保護內容不限于所述范圍。實施例1
(1)先將金屬銅與金屬鉍按重量百分比100:3混合配料，在真空度為1. 5X10-2Pa的條件下加熱至1074°C熔煉0. Ih,自然冷卻后得到CuBia5_3中間合金；再將金屬銅與金屬鋯按重量百分比100:6混合配料，在真空度為1. 5X10 —2I^a的條件下加熱至1060°C熔煉lh， 自然冷卻后得到Cu^v6中間合金；電解銅的純度為彡99. 95%，金屬鉍的純度為彡99. 9%， 金屬鋯的純度為彡99. 7%。(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3、Cuav6中間合金和高純電解銅按重量百分比0. 5 6 :100混合配料，在真空度為1.5X10 —2I^a的條件下，加熱至1050°C熔煉lh，自然冷卻后得到CuZrBi合金；
(3)在IOOMPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在500°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為1.5X10-2Pa的條件下真空退火lh，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比10:1，擠壓溫度為700°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuZrBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CWrBi高導電易切削合金制品；其中拉拔和軋制的總變形量為25%，熱處理溫度為600°C，時間10h。(7)根據使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CWrBi高強高導電易切削合金制品。制備特種銅合金材料，其化學成份為Bi 0. 0001wt%, Zr 6.0wt%，余量為 Cu。實施例2:
(1)先將金屬銅與金屬鉍按重量百分比200:1混合配料，在真空度為2X10 —2I^a的條件下加熱至1044°C熔煉lh，自然冷卻后得到CuBia5_3中間合金；再將金屬銅與金屬鋯按重量百分比100:1混合配料，在真空度為2X10 —2I^a的條件下加熱至1100°C熔煉0. Ih,自然冷卻后得到Cu^v6中間合金；電解銅的純度為彡99. 95%，金屬鉍的純度為彡99. 9%，金屬鋯的純度為彡99. 7%。(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3、CuZr1^6中間合金和高純電解銅按重量百分比3 1 200混合配料，在真空度為2X10 —2I^a的條件下，加熱至1100°C熔煉0. Ih,自然冷卻后得到CuZrBi合金；
(3)在600MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在600°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為2X10 —2Pa的條件下真空退火10h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比5:1，擠壓溫度為850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuZrBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CWrBi高導電易切削合金制品；其中拉拔和軋制的總變形量為80%，熱處理溫度為400°C，時間lh。(7)根據使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CWrBi高強高導電易切削合金制品。制備特種銅合金材料，其化學成份為Bi 0. 3wt%,Zr 1.5wt%，余量為Cu。 (結果如表1所示)
實施例3
(1)先將金屬銅與金屬鉍按重量百分比150 2混合配料，在真空度為3X 10 —2Pa的條件下加熱至1066°C熔煉0. 8h，自然冷卻后得到CuBia 5_3中間合金；再將金屬銅與金屬鋯按重量百分比100:3混合配料，在真空度為3X 10 —2I^a的條件下加熱至1090°C熔煉0. 8h，自然冷卻后得到Cu^v6中間合金；電解銅的純度為彡99. 95%，金屬鉍的純度為彡99. 9%，金屬鋯的純度為彡99. 7%。(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3、CuZr1^6中間合金和高純電解銅按重量百分比1 5 :160混合配料，在真空度>1X10 — ^1的條件下，加熱至1080°C熔煉0. 8h，自然冷卻后得到CuZrBi合金；
(3)在500MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為3X10—2I^a的條件下真空退火12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比20:1，擠壓溫度為800°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuZrBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CWrBi高導電易切削合金制品；其中拉拔和軋制的總變形量為90%，熱處理溫度為800°C，時間12h。(7)根據使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CWrBi高強高導電易切削合金制品。制備特種銅合金材料，其化學成份為Bi 3. 0wt%, Zr 0.001wt%，余量為 Cu。
權利要求
1.一種銅鉍鋯合金，其特征在于化學成份為Zr 0. 001 6. 0wt%，Bi 0. 0001 3. 0 wt%，余量為Cu。
2.一種銅鉍鋯合金的制備方法，其特征在與具體制備步驟包括如下(1)先將金屬銅與金屬鉍按重量百分比100:3 200:1混合配料，在真空度>1X10 —2I^a的條件下加熱至 1044 1074°C熔煉0. 1 lh，自然冷卻后得到CuBia5_3中間合金；再將金屬銅與金屬鋯按重量百分比100:6 100:1混合配料，在真空度>1 X 10 + 2! 的條件下加熱至1060 1100°C 熔煉0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuZiv6中間合金；(2)將步驟(1)制得的CuBia5_3、Cu^v6中間合金和高純電解銅按重量百分比0.5 3 1 6 :100 200混合配料，在真空度>1X10 —2Pa的條件下，加熱至1050 1100°C熔煉 0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuZrBi合金；(3)在100 600MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；(4)在500 800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度>1X10 —2I^a的條件下真空退火1 12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；(5)在擠壓比10 25:1，擠壓溫度為700 850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒CWrBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CWrBi高導電易切削合金制品；(7)根據使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CWrBi高強高導電易切削合金制品。
3.根據權利要求書2所示的銅鉍鋯合金的制備方法，其特征在于所述電解銅的純度為彡99. 95%，金屬鉍的純度為彡99. 9%，金屬鋯的純度為彡99. 7%。
4.根據權利要求書2所示的銅鉍鋯合金的制備方法，其特征在于所述步驟(6)中拉拔和軋制的總變形量為25 90%，熱處理溫度為400 800°C，時間1 12h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型高強高導易切削銅合金及其制備方法，屬于銅基電工材料。銅基電工合金的重量百分比化學成份為0.001～6.0Zr，0.0001～3.0Bi，余量為Cu。將電解銅和一定重量百分比的鉍、電解銅和一定重量百分比的鋯，分別經真空中頻熔煉成中間合金，再將電解銅、CuBi和CuZr中間合金按合金設計成分比例配好，真空中頻熔煉成CuZrBi合金錠；合金錠再經過模鍛、退火、擠壓、拉拔等工藝加工，獲得棒材或絲材等成品。該合金材料具有導電率大于80IACS%、最大抗拉強度大于400MPa和軟化溫度高等優(yōu)點，特別是有較好的易切削性能,經切削后表面光潔度高,可用做電力、電工、電子、機電等行業(yè)中的導電桿、電阻焊電極、引線框架、導電橋和換向器等材料。
文檔編號C22C9/00GK102492869SQ201110440600
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權日2011年12月26日
發(fā)明者史慶南, 左孝青, 易健宏, 竺培顯, 陳亮維 申請人:昆明理工大學