一种EMI屏蔽散热网用CuCrZr线材的制备方法与流程

本发明涉及铜合金线材制造，具体是涉及一种emi屏蔽散热网用cucrzr线材的制备方法。

背景技术：

1、航空电子设备包含机载雷达、大功率功放、机载电源、发动机舱控制模块等，是航空器的核心组成部分。设备运行过程中会产生大量电磁干扰与热量，同时机载环境存在宽温域（-55℃至250℃）、高频振动、盐雾腐蚀等严苛工况。emi屏蔽散热网作为航电设备通风口的核心部件，承担电磁屏蔽、通风散热、结构防护三重作用，要求基体材料同时具备高导电、高导热、高强度、耐高温、耐腐蚀五大性能。

2、目前行业内emi屏蔽散热网主流基材分为纯铜线材、铝合金线材、不锈钢线材三大类。纯铜线材导电导热性能最优，屏蔽效果好，但抗拉强度偏低（<250mpa），200℃左右易软化，强振动环境下容易变形、断裂，使用寿命较短。铝合金线材轻量化优势突出，但导电导热性能一般，屏蔽效能偏低，150℃以上强度大幅下降。不锈钢线材力学强度高、耐腐蚀能力强，但导电导热性能极差，无法满足高频电磁屏蔽与大功率散热的使用需求。

3、cucrzr（铬锆铜）合金属于经典高强高导铜合金，凭借高导电、高导热、超高强度、耐高温软化的特性，成为航空高温强振动工况下屏蔽散热网的理想基材。现阶段国内已有成熟的cucrzr线材制备工艺，产品主要应用于导电端子、导电弹簧、电焊机电极等领域。但现有工艺并未针对航空emi屏蔽散热网的使用需求进行定向优化。传统熔炼工艺容易造成铬元素、锆元素分布不均，出现成分偏析。单一热处理工艺无法同时兼顾线材强度、导电率与编织加工性能。线材表面未设置专用防护镀层，在航空盐雾环境下容易发生氧化，高频段屏蔽性能快速衰减。因此，开发一款定向适配emi屏蔽散热网、匹配航空工况的专用制备工艺，成为行业亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种emi屏蔽散热网用cucrzr线材的制备方法。

2、本发明的技术方案是：一种emi屏蔽散热网用cucrzr线材的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、熔炼浇铸

4、根据cucrzr线材的合金成分进行原料配比混合，将混合原料依次进行真空熔炼、连续浇铸，得到cucrzr合金铸锭；

5、s2、热锻冷轧

6、将cucrzr合金铸锭放入箱式电阻炉内加热，加热温度设置为850~950℃，保温时长设置为50~180 min，保证铸锭整体温度均匀，出炉后进行热锻加工，并严格控制终锻温度≥750℃，该工序可以消除铸态组织缺陷，细化晶粒，提升基体致密度，随后将热锻加工后的棒料送入轧机进行多道次冷轧，得到盘圆线材；

7、s3、固溶热处理

8、将盘圆线材送入叉车式固溶炉进行固溶热处理，加热温度设置为900~990℃，保温时长设置为0.5~2.5 h，使铬、锆等合金元素充分溶入铜基体，形成均匀固溶体，保温工序完成后随后立即出炉进行水淬，快速锁定高温固溶组织，为后续时效析出强化提供条件，得到固溶淬火后的线材；

9、s4、车外圆+多道次拉拔

10、对固溶淬火后的线材先进行2~4道次连续拉拔，单道次拉拔变形量控制在10~25%，提升线材硬度和切削性能，使车削加工更加顺畅，表面质量更优，同时相比热锻后直接车削可大幅减少材料损耗，提高材料利用率，随后再进行车外圆加工，彻底去除表面氧化皮及微裂纹等缺陷，保证棒料外径均匀、表面光洁，在拉拔机上继续开展12~35道次连续拉拔，单道次拉拔变形量控制在10~25%，逐步将线材拉制至目标线径0.5~1.5mm，得到成品尺寸线材；拉拔过程保证线材直线度、圆度达标，线径公差不大于±0.01mm，满足高精度编织网的使用要求，通过严格控制线径精度与表面质量，适配60目至100目高精度屏蔽散热网的编织要求，保障屏蔽网开孔率、波导截止性能达到使用标准；

11、s5、时效热处理

12、将成品尺寸线材放入钟罩炉中，进行三级分段时效热处理，时效全部完成后，成品尺寸线材随炉自然降温至＜40℃再出炉，避免快速降温产生内部应力；

13、其中，所述三级分段时效热处理的方法为：精准匹配多组元合金的析出序列，平衡线材强度、导电率与延伸率；

14、第一级（低温预时效）：温度320~350℃，保温时长1~2 h；目的：均匀形核，析出大量弥散、共格的gp区，为后续提供充足形核点；

15、第二级（中温过渡时效）：温度380~420℃，保温时长1~2 h；目的：促进gp区向半共格cr相转变，同时ni、si元素开始参与形成复合纳米析出相，实现析出相均匀分布；

16、第三级（峰值时效）：温度430~480℃，保温时长2~4 h；目的：使析出相进一步转变为稳定的非共格cr相和cu5zr相，同时ag的固溶强化效应充分释放，达到析出强化的峰值状态，基体纯度提升，导电率跃升；

17、说明：三级时效的协同效应：单级时效仅能实现单一析出阶段，双级时效缺少低温预形核环节导致析出相粗大，本发明三级时效通过“低温形核→中温均匀化→高温峰值”的梯度设计，实现了析出相数量密度最大化（一级提供充足形核点）+尺寸分布均匀化（二级防止局部过生长）+强化效果最大化（三级达到峰值），三者缺一不可；

18、s6、表面镀镍处理

19、采用化学镀镍工艺，在成品尺寸线材表面制备厚度2~5 μm的均匀镍镀层，配套线材表面镀镍工艺，镀层结合力良好，无针孔、起皮等缺陷，能够提升线材耐盐雾、抗氧化性能，同时优化高频段电磁屏蔽连续性，保证高频段电磁屏蔽效能长期稳定，适配航空复杂使用环境，随后进行成品收卷，得到emi屏蔽散热网专用的cucrzr线材。

20、进一步地，所述cucrzr线材的合金成分按重量百分比计，包含：铬（cr）：0.3%~1.2%，锆（zr）：0.05%~0.25%，镁（mg）：0.01%~0.05%，硅（si）：0.01%~0.05%，镍（ni）：0.01%~0.12%，银（ag）：0.05%~0.20%，余量为高纯电解铜以及总含量≤0.1%的不可避免杂质。

21、说明：通过采用上述cucrzr线材的合金成分配比，通过构建多组元微合金化成分体系，在cu-cr-zr基础上精准添加mg、si、ni、ag四种微量元素，借助多元素协同作用（mg钉扎晶界提升抗蠕变性能、si形成cr3si高温稳定相提升耐热性、ni细化析出相、ag在维持导电性前提下提升强度）实现综合性能的跨越式提升。

22、进一步地，所述真空熔炼的方法为：采用分段式电磁搅拌+氩气精炼的方法，具体地，将混合原料装入真空熔炼炉，抽取炉内真空度至≤5 pa，并采用三段式变频电磁搅拌；其中，所述三段式变频电磁搅拌的方法为：

23、1）熔化期（低频大电流）：搅拌频率1~20 hz，工作电流200~300 a，采用间歇启停的方法运行，所述间歇启停的方法为：搅拌运行30~60 s后停止10~20 s，循环交替进行，避免热应力损坏坩埚；

24、2）均质期（中频强磁场）：待混合原料初步熔化后，调整搅拌频率40~60 hz，磁场强度0.4~0.6 t，工作电流60~100 a，保持连续搅拌，直至熔池完全液相化，目视检查无固相颗粒。采用红外测温设备检测熔池温度，保证熔池整体温差≤5℃；

25、3）精炼期（高频弱搅拌+氩气）：将电磁搅拌频率提升至100~130hz，将熔炼炉功率降低25~35 kw，缓慢向炉内通入高纯氩气，炉内压力升至0.05~0.1mpa时关闭充氩阀门，恢复熔炼功率，持续3~5 min氩气精炼作业，促使脱氧产物上浮，同时脱除熔体内部氢气、氮气等有害气体。

26、更进一步地，所述连续浇铸的方法为：真空熔炼完成后，将熔炼炉功率降低25~35kw，调整电磁搅拌频率为20~40hz，保持熔体处于微流动状态，防止夹杂物沉淀与成分偏析，恒温稳定2 min；随后启动连续浇铸作业，浇铸速度控制在5~10 kg/s，配套冷却水流量设置为200~500 l/min，保证铸锭冷却均匀、成型稳定；全部浇铸工作完成后，关闭加热系统，炉内自然冷却60 min以上，直至铸锭中心温度≤200℃，完成出炉。

27、进一步地，所述多道次冷轧的方法为：冷轧的总轧制道次设置为4~8道，单道次轧制变形量控制在10~35%，轧制速度设置为20~50 m/min，轧制完成后对线材进行盘圆处理，初步缩减线材直径，同时进一步细化晶粒，提升线材基础强度。

28、进一步地，在所述三级分段时效热处理的第二级中，在保温1~1.5 h时，启动50hz、0.5 t交变磁场并持续20~30 min，且期间通过在线电阻反馈进行动态调节磁场场强。

29、说明：通过50hz交变场诱导微涡流与洛伦兹力，扰动cr/zr原子扩散路径，促进三维均匀形核，同时，基于线材电阻率实时变化，采用动态场强调节公式动态调节磁场强度，实现“析出状态-场强”反馈闭环，以抑制传统恒温下因扩散不均导致的析出相聚集与粗化。

30、更进一步地，依据动态场强调节公式对所述磁场场强进行动态调节，如下：

31、

32、

33、

34、其中，

b(

t)为实时施加的交变磁场强度，单位为t；

t为交变磁场时间点，单位为min；

b

base为基础场强，

b

base=0.5 t；

k

p为比例增益，响应误差大小，

k

p=0.8 t/(μω·m)，比例增益，响应误差大小；

e(t)为

t点实时误差信号，单位为μω·m；

k

i为积分增益，消除稳态偏差，

k

i=0.02 mt/(μω·m·s)，积分增益，消除稳态偏差；

e(

k)为第

k个采样时刻的电阻率误差信号；为调控周期，取10 s；为非线性修正项，用于模拟析出相形核的临界阈值效应；

ρ

target为目标电阻率（峰值时效点），

ρ

target=0.0175-0.0200 μω·m，目标电阻率（峰值时效点）；

ρ(t)为

t点实时电阻率，单位为μω·m。

35、说明：采用动态场强调节相较于传统恒定场强，在cucrzr合金时效过程中展现出显著的工程优势；同时，10 s采样周期与cucrzr析出相动力学时间尺度高度协同，避免过调、振荡或滞后，实测表明，过快采样（＜5s）引发噪声放大，过慢（＞20s）导致响应延迟，10s为最优平衡点。

36、更进一步地，最终输出的

b(t)需进行饱和限幅，如下：

37、

38、其中，

b

final(

t)为最终输出

b(

t)的限幅，即下限0.4 t，上限0.6 t。

39、说明：为保障设备安全与工艺稳定性，最终输出需进行饱和限幅，下限0.4 t以确保洛伦兹力足以扰动原子扩散，上限0.6 t以避免高温下铜材涡流过热，该限幅机制为硬性物理安全边界。

40、更进一步地，电阻率变化需映射至析出相体积分数

v

p，如下：

41、

42、其中，

ρ0为纯cu基体电阻率，

ρ0=0.0172 μω·m；为每1%析出相引起的电阻增量（实验标定值），=0.0013 μω·m。

43、本发明的有益效果是：

44、（1）本发明通过优化工艺顺序提高材料利用率，将传统“热锻后立即车外圆”调整为“热锻→冷轧→固溶→车外圆+多道次拉拔组合”，利用固溶后材料硬度提升、脆性增大的特点，使车削加工更加顺畅、表面质量更优，同时大幅减少材料切削损耗。

45、（2）本发明首创“固溶+三级时效”复合热处理工艺，通过三级时效（低温预时效→中温过渡时效→峰值时效）精准匹配多组元合金的析出序列，实现“形核→过渡生长→峰值强化”全流程调控，让线材同时具备高抗拉强度（≥550mpa）、高导电率（≥80%iacs）、高延伸率（≥8%），兼顾抗振动形变能力与编织加工性能。