一种大电流连接器用铜合金材料的制备方法与流程

本发明属于铜合金材料，具体涉及一种大电流连接器用铜合金材料的制备方法。

背景技术：

1、高性能铜合金材料因兼具优异的导电导热性能与力学强度，被广泛用于大电流连接器（额定电流通常超过150 a）的制造，连接器在电力传输与信号控制系统中承担着电流承载、接触导通与机械耦合的关键职能，同时需要具备低接触电阻以保证系统在高温、振动等复杂工况下长期稳定运行。在插拔使用过程中还需具备足够的耐磨性与抗疲劳能力，以防止因接触失效引发系统故障。随着新能源汽车、储能设备和数据中心等领域对电流传输密度和可靠性要求的持续提升，以及连接器向小型化、模块化、高插拔次数方向不断演进，大电流连接器用铜合金材料的性能水平直接决定了整机系统的电能效率、安全寿命及维护成本。当前，面对日益严苛的服役环境和综合性能需求，开发一种兼顾导电、抗电弧烧蚀和切削性能的大电流连接器用铜合金材料的制备方法，已成为行业技术突破的重要方向。

2、目前大电流连接器用铜合金主要有高导电系和高强度系。

3、高导电系连接器用铜合金材料，如申请号为cn202411534443.9、公开号为cn119592837a的中国发明专利申请公开了一种碲铜合金材料及其制备方法与应用，其公开了制备cu-te-x系合金材料的方法，具体工艺为：熔炼、铸造、挤压、拉丝，制得的合金抗拉强度为285 mpa，导电率为92 %iacs，断后伸长率为14.5%；又如申请号为cn202510374377.1、公开号为cn120210589a的中国发明专利申请公开了一种微合金化碲铜合金及其制备方法和应用，其公开了制备cu-te-p-zr系合金材料的方法，具体工艺为：熔炼、半连续铸造、热轧、铣面、一次冷轧、均匀化退火、二次冷轧、时效处理、三次冷轧，制得的合金抗拉强度为300~390 mpa，硬度为110~130 hv，导电率为95~97 %iacs；又如申请号为cn202011097993.0、公告号为cn112458321b的中国发明专利公开了一种大电流电连接器用碲铜合金丝材的金属加工工艺，其公开了制备cu-te-p-sn合金材料的方法，具体工艺为：真空熔炼、电磁搅拌、铸造、热轧、冷旋锻、热挤压、冷拉拔、固溶退火、冷拉拔、气氛时效处理，制得的合金抗拉强度≥300 mpa，导电率≥91 %iacs。

4、高强度系连接器用铜合金材料，如申请号为cn201610698759.0、公告号为cn106222477b的中国发明专利公开了一种电动汽车充电桩连接器用碲铜合金及其生产工艺，其公开了制备cu-te-cr-co-in-y系合金材料的方法，具体工艺为：上引连铸、均匀化退火、挤压、固溶、冷轧、时效、冷拉，制得的合金抗拉强度≥550 mpa，导电率≥90 %iacs，断后伸长率≥3%；又如申请号为cn202410484123.0、公告号为cn118389879b的中国发明专利公开了一种高强度碲铜合金材料及其制备方法，其公开了制备cu-te-ag-mg-y系合金材料的方法，具体工艺为混合熔炼、浇铸、均匀化热处理、热轧、冷轧、退火，制得的合金抗拉强度≥626.2 mpa，导电率≥69 %iacs，断后伸长率≥7.6%；又如申请号为cn202310931255.9、公告号为cn116970836b的中国发明专利公开了一种高强碲铜合金材料及其制备方法，其公开了制备cu-te-fe系合金材料的方法，具体工艺为：大气熔炼、铸造、热锻、一次冷轧、固溶处理、二次冷轧、退火，制得的合金抗拉强度≥504 mpa，导电率≥76.1 %iacs，断后伸长率≥8%。

5、根据以上公开的技术，可以看出目前大电流连接器用铜合金材料确实呈现出“高导电”与“高强度”两大阵营，在cu-te的基础上通过添加少量的固溶类合金化元素，可以确保合金保持较高的导电性能，通常大于91 %iacs，但抗拉强度一般低于390 mpa，难以满足大电流连接器对材料力学性能的要求；通过添加少量的析出类合金化元素，可以确保合金具备优异的力学性能，但导电率通常低于90 %iacs，并且塑性变形能力、切削性能和抗电弧性能一般，难以满足大电流连接器对材料导电性能和易切削的要求。

6、因此，需要对现有的大电流连接器用铜合金材料的制备方法作进一步的改进，以同时满足高导电、高强度的需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种导电、抗电弧烧蚀和切削性能优越的大电流连接器用铜合金材料的制备方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大电流连接器用铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、雾化制粉：将原料进行雾化制粉，以分别得到：

4、cute合金粉末，按照质量百分比计，cute合金粉末包括te：0.2~0.35%，余量为cu和不可避免的杂质；

5、agte合金粉末，按照质量百分比计，agte合金粉末包括te：37.16%，余量为ag和不可避免的杂质；

6、步骤2、加工处理：对步骤1得到的两种粉末进行机械混粉后得到混合粉料，然后依次进行坯料压制、气氛烧结、一次旋锻处理、一次退火处理、二次旋锻处理、二次退火处理，制得大电流连接器用铜合金材料；

7、其中，机械混粉时，cute合金粉末的质量百分比为99.75~99.9%，agte合金粉末的质量百分比为0.1~0.25%。

8、优选地，步骤1中，cute合金粉末的雾化制粉工艺为：

9、将称量好的高纯电解铜（99.99 wt.%）放入坩埚中，紫铜带包裹纯te颗粒（99.99wt.%）放入加料器中，熔炼开始前进行第一次抽真空处理，真空度≤1×10-2 pa，然后通入高纯ar气至微正压，随后进行第二次抽真空处理，真空度≤1×10-2 pa，再次通入高纯ar气至微正压；然后开始熔炼，待电解铜完全熔化后于1150~1220 ℃保温，随后加入紫铜带包裹的纯te颗粒，于1150~1180 ℃保温2分钟后倒入中间包，进行2~6mpa的高压ar雾化，得到合金粉末颗粒，筛选出直径45~106 μm的合金粉末即为所需的cute合金粉末。

10、优选地，步骤1中，agte合金粉末的雾化制粉工艺为：

11、将称量好的纯ag（99.99 wt.%）颗粒、纯te（99.99 wt.%）颗粒放入坩埚中，熔炼开始前进行第一次抽真空处理，真空度≤1×10-2 pa，然后通入高纯ar气至微正压，随后进行第二次抽真空处理，真空度≤1×10-2 pa，再次通入高纯ar气至微正压；然后开始熔炼，待完全熔化后于1085~1120 ℃保温3~5分钟后倒入中间包，进行2~6mpa的高压ar雾化，得到合金粉末颗粒，筛选出直径45~106 μm的合金粉末即为所需的agte合金粉末。

12、优选地，步骤2中，机械混粉的工艺为：将两种合金粉末以及研磨球放入混料机中，通入ar气保持微正压，然后进行混粉，混粉转速为200~300转/分，混粉时间为6~8 h，混料结束后将球料筛分，即得到混合粉末；其中，研磨球为直径5 mm的高纯氧化锆，研磨球的添加量为两种合金粉末质量总数的20%。

13、本发明中，高纯ar气的纯度为≥99.99%，微正压为0.03~0.06mpa。

14、优选地，步骤2中，坯料压制的工艺为：

15、将机械混粉后得到的混合粉末装入橡胶模具中（优选地，胶套呈内部中空的条状，其内径为30 mm，长度为500 mm），粉末松装密度为4.8~5.5 g/cm3；然后进行冷等静压，于10分钟升压至160~180 mpa，然后保压20分钟，随后卸压取出坯料。

16、优选地，步骤2中，气氛烧结的工艺为：

17、将坯料进行多温连续推舟气氛烧结，烧结气氛为氨分解气体，坯料在800~850 ℃区间的保温时间为1.5~2 h，在950~980 ℃区间的保温时间为1.5~2 h，随后缓慢推出高温区。

18、上述多温连续推舟气氛烧结属于连续推舟式气氛烧结工艺，将工件装在耐高温推舟内，推舟被推杆按固定节拍步进式向前推送，顺序穿过炉内多个独立控温温区，炉膛全程维持保护/反应气氛。

19、优选地，步骤2中，一次旋锻处理的单次冷变形量为15~20%，旋锻总变形量为45~60%；二次旋锻处理的单次冷变形量为10~20%，旋锻总变形量为40~60%。

20、优选地，步骤2中，一次退火处理的退火温度为350~380 ℃，保温时间为1~2.5 h，退火处理后进行稀硫酸酸洗处理，去除表面氧化皮；二次退火处理的退火温度为300~350℃，保温时间为1~2 h，退火处理后进行稀硫酸酸洗处理，去除表面氧化皮。

21、在上述各方案中，优选地，制得的大电流连接器用铜合金材料的导电率为92.4~95.7 %iacs，抗拉强度为420~453 mpa，断后伸长率为11%~14.5%，电寿命次数≥3000次，切削性达到牌号为hpb63-3的铅黄铜的85%以上。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、1、元素ag、te的原子百分比约为2:1，通过雾化旨在尽可能地完全形成ag2te化合物，ag2te化合物展现出的特点是能降低接触电阻，形成良好的欧姆接触，优化接触导电性能的效果。

24、2、通过粉末冶金的方式，避免常规cu-ag-te合金在熔炼过程中形成cuagte化合物，降低材料的抗电弧烧蚀性能。本发明采用雾化制粉的方式，其一是cu-te合金粉末中尽可能的形成了cu2te化合物提供抗电弧性能，并且低含量的te在保持抗电弧烧蚀、改善合金切削性能的同时，尽可能地减少合金塑性变形能力的损失；其次，雾化得到的ag2te合金粉末在后续合金棒材的制备过程中支持了接触导电性能，提升了连接器材料的电寿命次数。此外，cu2te化合物、ag2te颗粒在基体中弥散分布，为材料提供一定的弥散强化效应。

25、3、通过雾化制粉、机械混粉、坯料压制、气氛烧结、一次旋锻处理、一次退火处理、二次旋锻处理、二次退火处理，获得的大电流连接器用铜合金材料，使得cu2te和ag2te以弥散化合物的形式同时分布于基体中，保持了cu2te化合物的抗电弧烧蚀以及ag2te化合物降低接触电阻的特性，且通过此方法制得的大电流连接器用铜合金材料兼具优异的导电、抗电弧烧蚀和切削性能。