专利名称：一种新型弹性导电合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种新型弹性导电合金Cu-Ni-Sn-Y合金及其制备方法。
背景技术：
传统的弹性导电合金为铍青铜材料，常用的生产工艺为真空冶炼，辅之以固溶、变形和时效等后续工艺，最终得到性能较好的产品。但是铍为剧毒元素，对材料的应用有一定的影响。后续开发的真空冶炼Cu-Ni-Sn合金，由于的合金中的Sn含量过高，会产生严重的成分偏析，需要长时间的固溶处理使成分均匀，增加了工艺成本，也会影响材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良的弹性导电性能和较低的生产成本的新型Cu-Ni-Sn-Y弹性导电合金及其制备方法，以替代目前广泛使用的铍青铜材料、争取出口和国内产品升级换代。
本发明的技术方案是首先确定母合金的成分，然后用喷射成形设备制备成分均匀的合金坯料，最后对所得的合金坯料进行变形和时效，从而得到一种新型Cu-Ni-Sn-Y弹性导电合金。
本发明的新型Cu-Ni-Sn-Y弹性导电合金突破了原有Cu-Ni-Sn导电合金在合金成分上的限制，开发出了新的合金系，简化了生产工艺，在很大程度上降低了材料的生产成本。由于成分的变化，导致材料的制备工艺以及材料弹性导电合金的性能发生了变化。为扩大Cu-Ni-Sn-Y弹性导电合金的应用范围及代替铍青铜合金打下了坚实的基础。
本发明提出的新型弹性导电合金，组分的质量百分比如下Ni6～15％、Sn4～8％、Y0.05～4％，其余为Cu。
随Ni、Sn含量的增加，合金的抗拉强度、硬度均提高，但是合金导电性下降。当Ni、Sn含量超过一定值以后，不仅合金的导电率下降，而且强度、硬度都下降。在Sn含量一定时，随Ni含量的增加，合金的脆化程度减弱，一般说来，Ni通过固溶强化基体，对相的转变不发生影响，而Sn的含量如前所述会直接影响Spinodal分解的进行。微量元素的加入也会对Cu-Ni-Sn合金产生影响。如在Cu15Ni8Sn合金中加入少量Mn，可增加时效硬化效果，减缓α+γ不连续析出物的形成与发展，同时抑制晶界反应和晶粒粗化，改善合金的耐蚀性能。铜合金中加入稀土Y，提高了导电性和机械强度。
本发明的弹性导电合金制备工艺包括熔炼母合金、喷射沉积坯料、轧制变形、时效等步骤。
本发明采用喷射成形技术。喷射成型装置如图1所示。在喷射成形Cu-Ni-Sn-Y合金中，由于一方面高压高速气流与熔体强烈的对流换热而使金属喷射沉积材料凝固时获得很高的冷却速度，另一方面在高速气流的带动下，雾化液滴在沉积时刻的速度高达50～100m/s，在半固态雾化液滴高速撞击基板或沉积体表面时，其冲击动能产生足够大的剪切应力和剪切速度，将深过冷雾化液滴中的枝晶打碎，形成非枝晶的组织，试样的晶粒也大为细化。将Cu-Ni-Sn-Y合金在中频感应炉中重熔，经过导液管引入雾化室内，利用雾化气体将合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于旋转铜基板上，得到合金沉积坯，最后经变形和时效得到弹性导电合金薄片。
具体操作如下在真空中频感应炉冶炼Cu-Ni-Sn-Y金属锭，作为喷射成形母合金；在氮气保护下利用感应加热熔化成金属液体，然后在喷射成型设备喷射沉积成坯料，熔液过热度约140-160℃；雾化气体采用氮气，初始设定压力为1.8MPa，合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于一距雾化器约350-370mm的旋转铜基板上，基板旋转速度为6-10rpm，气体/溶液流量比约为0.4-0.6m3/kg；再把坯料在850℃～950℃进行固溶处理2-5分钟，随后经80～95％变形量冷轧成薄带，最后在350℃～450℃时时效30min～60min，冲压成弹簧片。
本发明合金除具有高的强度、硬度、弹性、可焊性、可镀性等优点外，还具有优良的抗热应力松驰性能、好的导电稳定性及优良的工艺性能，可以用在电子工业中替代铍青铜用于制造各精密仪器、仪表的弹性元件，因而具有广阔的研究和市场应用前景。
图1为喷射成型装置结构图示。
具体实施例方式
实施例1喷射成形Cu-6Ni-4Sn-0.05Y合金的制备及其弹簧片。Cu-6Ni-4Sn-0.05Y合金的制备工艺如前所述。熔液过热度约150℃，导液管的内径为φ4mm；雾化气体采用氮气，初始设定压力为1.8MPa；合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于一距雾化器约360mm的旋转铜基板上，基板旋转速度为8rpm，气体/溶液流量比约为0.5m3/kg。沉积坯经800℃×3min固溶水淬，90％变形量冷轧，350℃下1h时效后压制成弹簧片。
实施例2喷射成形Cu-9Ni-6Sn-0.5Y合金的制备及其弹簧片。Cu-9Ni-6Sn-0.5Y合金的制备工艺如前所述。熔液过热度约140℃，导液管的内径为φ4mm；雾化气体采用氮气，初始设定压力为1.8MPa；合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于一距雾化器约350mm的旋转铜基板上，基板旋转速度为8rpm，气体/溶液流量比约为0.4m3/kg。沉积坯经850℃×3min固溶水淬，90％变形量冷轧，400℃下1h时效后压制成弹簧片。
实施例3喷射成形Cu-15Ni-8Sn-3.5Y合金的制备及其弹簧片。Cu-15Ni-8Sn-3.5Y合金的制备工艺如前所述。熔液过热度约150℃，导液管的内径为φ4mm；雾化气体采用氮气，初始设定压力为1.8MPa；合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于一距雾化器约370mm的旋转铜基板上，基板旋转速度为8rpm，气体/溶液流量比约为0.6m3/kg。沉积坯经900℃×3min固溶水淬，90％变形量冷轧，450℃下1h时效后压制成弹簧片。
权利要求
1.一种弹性导电合金，其特征在于各组分的质量百分比如下Ni6～15％，Sn4～8％，Y0.05～4％，其余为Cu。
2.一种如权利要求1所述弹性导电合金的制备方法，其特征在于具体步骤如下在真空中频感应炉冶炼Cu-Ni-Sn-Y金属锭，作为喷射成形母合金；在氮气保护下利用感应加热熔化成金属液体，然后在喷射成型设备喷射沉积成坯料，熔液过热度约140-160℃；雾化气体采用氮气，初始设定压力为1.8MPa，合金液流被雾化为细小液滴，液滴随后沉积于一距雾化器约350-370mm的旋转铜基板上，基板旋转速度为6-10rpm，气体/溶液流量比约为0.4-0.6m3/kg；再把坯料在850℃～950℃进行固溶处理2-5分钟，随后经80～95％变形量冷轧成薄带，最后在350℃～450℃时时效30min～60min，冲压成弹簧片。
全文摘要
本发明为一种新型弹性导电合金及其制备方法。合金由Cu、Ni、Sn和稀土Y按适当配比组成，其制备方法包括熔炼母合金，喷射沉积坯料，轧制变形和时效等步骤。本发明合金除具有高的强度、硬度、弹性、可焊性、可镀性等优点外，还具有优良的抗热应力松弛性能、好的导电稳定性及优良的工艺性能，可以用在电子工业中替代铍青铜用于制造各精密仪器、仪表的弹性元件，因而具有广阔的研究和市场应用前景。
文档编号C22C9/06GK1587427SQ20041005307
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者严彪, 王军, 唐人剑, 毛彭龄, 章靖国, 殷俊林, 尤富强 申请人:同济大学