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一种含混合稀土的高强度、高导电Cu-Co系合金材料及其制备方法

2022-11-09 21:48:22 来源:中国专利 TAG:
一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于铜合金材料技术领域,具体涉及一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料及其制备方法。


背景技术:

2.我国铜资源丰富,纯铜易熔炼加工,导电性、延展性好,但强度不高,使用范围较狭窄,通常在纯铜中添加一种或几种其他元素制备成铜合金,以提高力学性能和功能特性,拓宽铜的应用范围。其中在铜中添加钴元素制备的cu-co合金具有强度、硬度高,耐磨损等优点,但导电性显著降低,应用受到限制。
3.因此,开发一种高强度、高导电的cu-co系合金材料即成为铜合金领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素:

4.有鉴于此,本发明的第一个目的是针对纯铜强度低及合金导电性差的问题,提供一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料。
5.为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
6.一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料,按质量百分比计,包括以下组分:co:0.5%~5%、nb:0.05%~0.5%、ag:0.02%~0.3%、zr:0.03%~0.2%、te:0.02%~0.1%、se:0.03%~0.06%、混合稀土:0.1%~0.5%,余量为铜;其中,所述混合稀土由nd、gd、y、sm组成。
7.优选的,所述cu-co系合金材料按质量百分比计,包括以下组分:co:3.5%、nb:0.3%、ag:0.1%、zr:0.11%、te:0.05%、se:0.045%、混合稀土:0.36%,余量为铜;
8.其中,所述混合稀土由0.07%nd、0.06%gd、0.1%y和0.13%sm组成。
9.优选的,所述cu-co系合金的抗拉强度≥732mpa、导电率≥61%iacs。
10.进一步的,所述cu-co系合金的抗拉强度为807mpa、导电率为68%iacs。
11.值得说明的是,本发明加入多种合金元素,能够降低co在cu中的固溶量,稀土元素还能够与cu结合形成强化相,挤压、锻造、拉拔塑性加工工艺对晶粒和强化相有效进行细化和均匀化,从而使合金强度和导电性同时获得提高。
12.本发明的第二个目的是提供一种如上所述含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料的制备方法。
13.一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料的制备方法,包括以下步骤:
14.1)制取中间合金碎屑:将大块cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se中间合金机械加工成长3~5mm、宽1~2mm、厚0.1~0.5mm的碎屑,将大块cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm中间合金机械加工成长2~4mm、宽1~1.5mm、厚0.05~0.3mm的碎屑;
15.2)合金熔炼:将纯铜放入真空熔炼炉,采用电磁感应加热熔化,待熔体温度升高至
1500~1600℃,加入纯钴;将熔体温度降至1100~1300℃,加入用铜箔包好的cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se、cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm碎屑,待全部熔化搅拌均匀后浇铸成合金锭;
16.3)均匀化热处理:铸态合金置于真空热处理炉中加热至900~950℃,保温1~2h;
17.4)热锻造:合金加热至850~950℃锻造,压下量20~50%;
18.5)热挤压加工:将合金锭按挤压比1:25~100、在800~950℃挤压成棒材;
19.6)冷拉拔加工:采用拉拔模具按孔径由10mm逐渐拉拔成0.1~1mm的丝材;
20.7)将丝材在真空热处理炉中时效处理0.5~2h,时效温度300~450℃,即得到所述含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料。
21.值得说明的是,本发明通过在cu-co合金中添加多种微量元素和混合稀土,并辅以冷热变形、热处理工艺,使合金同时具有高强度和高导电性能。
22.此外,本发明还请求保护上述含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料在导电零部件中的应用。
23.具体地,包括:所述含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料在电线电缆、变压器、开关、电机、集成电路引线框架中的应用。
24.与现有技术相比,本发明公开提供的一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料及其制备方法与应用,具有如下优异效果:
25.本发明通过多种合金元素的添加,尤其是稀土元素与cu结合形成多种强化相,并结合多种塑性加工工艺和热处理,晶粒和强化相显著细化,使得最终制备的合金材料均匀致密,强度和导电性高。
具体实施方式
26.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
27.除非另有说明,否则本文使用的技术和科学术语具有本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义;作为本技术中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
28.为了更好的说明本技术内容,在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解,没有某些具体细节,本技术同样可以实施。在实施例中,对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述,以便凸显本技术的主旨。
29.在不冲突的前提下,本技术实施例公开的技术特征可以任意组合,得到的技术方案属于本技术实施例公开的内容。
30.实施例1
31.一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料,按质量百分比,包括以下组分:
32.co:1.5%、nb:0.1%、ag:0.05%、zr:0.04%、te:0.02%、se:0.03%、混合稀土:0.25%,余量为铜;
33.其中,所述混合稀土由0.03%nd、0.05%gd、0.07%y和0.1%sm组成;
34.制备方法为:
35.1.制取中间合金碎屑:将大块cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se中间合金机械加工成长3mm、宽1mm、厚0.2mm的碎屑,将大块cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm中间合金机械加工成长2mm、宽1mm、厚0.06mm的碎屑。
36.2.合金熔炼:将纯铜放入真空熔炼炉,采用电磁感应加热熔化,待熔体温度升高至1500℃,加入纯钴;将熔体温度降至1100℃,加入用铜箔包好的cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se、cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm碎屑,待全部熔化搅拌均匀后浇铸成合金锭。
37.3.均匀化热处理:铸态合金置于真空热处理炉中加热至900℃,保温1h;
38.4.热锻造:合金加热至850℃锻造,压下量20%。
39.5.热挤压加工:将合金锭按挤压比1:25、在800℃挤压成棒材;
40.6.冷拉拔加工:采用拉拔模具按孔径由10mm逐渐拉拔成1mm的丝材;
41.7.将丝材在真空热处理炉中时效处理0.5h,时效温度300℃,即得。
42.对丝材进行性能测试,抗拉强度732mpa,导电率76%iacs。
43.实施例2
44.一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料,按质量百分比,包括以下组分:
45.co:3.5%、nb:0.3%、ag:0.1%、zr:0.11%、te:0.05%、se:0.045%、混合稀土:0.36%,余量为铜;
46.其中,所述混合稀土由0.07%nd、0.06%gd、0.1%y和0.13%sm组成。
47.制备方法为:
48.1.制取中间合金碎屑:将大块cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se中间合金机械加工成长4mm、宽1.5mm、厚0.3mm的碎屑,将大块cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm中间合金机械加工成长3mm、宽1.2mm、厚0.1mm的碎屑。
49.2.合金熔炼:将纯铜放入真空熔炼炉,采用电磁感应加热熔化,待熔体温度升高至1550℃,加入纯钴;将熔体温度降至1200℃,加入用铜箔包好的cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se、cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm碎屑,待全部熔化搅拌均匀后浇铸成合金锭。
50.3.均匀化热处理:铸态合金置于真空热处理炉中加热至950℃,保温1.5h。
51.4.热锻造:合金加热至900℃锻造,压下量30%,
52.5.热挤压加工:将合金锭按挤压比1:64、在900℃挤压成棒材。
53.6.冷拉拔加工:采用拉拔模具按孔径由10mm逐渐拉拔成0.5mm的丝材;
54.7.将丝材在真空热处理炉中时效1.5h,时效温度350℃,即得。
55.对丝材进行性能测试,抗拉强度807mpa,导电率68%iacs。
56.实施例3
57.一种含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料,按质量百分比,包括以下组分:
58.co:4.6%、nb:0.35%、ag:0.25%、zr:0.08%、te:0.07%、se:0.05%、混合稀土:0.49%,余量为铜;
59.其中,所述混合稀土由0.11%nd、0.12%gd、0.1%y和0.16%sm组成。
60.制备方法为:
61.1.制取中间合金碎屑:将大块cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se中间合金机械加工成长5mm、宽1.5mm、厚0.2mm的碎屑,将大块cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm中间合金机械加工成长4mm、宽1.1mm、厚0.2mm的碎屑。
62.2.合金熔炼:将纯铜放入真空熔炼炉,采用电磁感应加热熔化,待熔体温度升高至1600℃,加入纯钴;将熔体温度降至1300℃,加入用铜箔包好的cu-nb、cu-ag、cu-zr、cu-te、cu-se、cu-nd、cu-gd、cu-y、cu-sm碎屑,待全部熔化搅拌均匀后浇铸成合金锭。
63.3.均匀化热处理:铸态合金置于真空热处理炉中加热至950℃,保温2h。
64.4.热锻造:合金加热至950℃锻造,压下量40%;
65.5.热挤压加工:将合金锭按挤压比1:81、在950℃挤压成棒材;
66.6.冷拉拔加工:采用拉拔模具按孔径由10mm逐渐拉拔成0.2mm的丝材;
67.7.将丝材在真空热处理炉中时效2h,时效温度400℃,即得。
68.对丝材进行性能测试,抗拉强度836mpa,导电率61%iacs。
69.为了进一步证明本发明的有益效果以更好地理解本发明,下面通过以下对比例进一步阐明本发明公开的含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料的性能及制备方法,但不可理解为对本发明的限定。对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的其他对比实验得到的产品性质及根据上述性质进行的应用,也视为落在本发明的保护范围内。
70.对比例1
71.选择cu-1.5%co合金,其制备采用实施例1的工艺过程。
72.对比例2
73.选择cu-3.5%co合金,其制备采用实施例2的工艺过程。
74.对比例3
75.选择cu-4.6%co合金,其制备采用实施例3的工艺过程。
76.为了进一步证明本发明的有益效果以更好地理解本发明,通过以下测试实验及实验数据进一步阐明本发明公开的含混合稀土的高强度、高导电cu-co系合金材料的性能,但不可理解为对本发明的限定。对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的其他测试实验得到的产品性质及根据上述性质进行的应用,也视为落在本发明的保护范围内。
77.测试实验1
78.测试对比例中cu-1.5%co合金的性能,结果如下:
79.抗拉强度653mpa,导电率69%iacs,均低于本发明实施例1中的合金性能。
80.测试实验2
81.测试对比例中cu-3.5%co合金的性能,结果如下:
82.抗拉强度756mpa,导电率63%iacs,均低于本发明实施例2中的合金性能。
83.测试实验3
84.测试对比例中cu-4.6%co合金的性能,结果如下:
85.抗拉强度791mpa,导电率59%iacs,均低于本发明实施例3中的合金性能。
86.对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
再多了解一些

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