专利名称：一种铜锆铋合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高强高导电易切削铜基合金及其制备方法，属铜基电工合金材料。
背景技术：
高强高导易切削铜合金是指在具有较高的室温抗拉强度、优良的导电性能易切削表面光洁度极高的合金。铜基合金材料主要用作汽车、摩托车、电工、电子、电力等行业中的电阻焊电极、引线框架、导电桥等材料。国内外这类合金按其强度和导电率主要分为四类
(1)高强高导电铜合金，抗拉强度500 600MPa，导电率80 90% IACS ； (2)中强高导电铜合金，抗拉强度350 550MPa，导电率70 98% IACS ；
(3)高强中导电铜合金，抗拉强度700 800MPa，导电率40 50%IACS ；
(4)超高强低导电铜合金，抗拉强度彡900MPa，导电率=10 30%IACS ；
目前，国内外广泛使用的易切削铜主要是HP1359-1，通常规定它的易切削性为100%， 但该合金含约m的铅，导电率不超过30IACS%。该合金不能满足对导电率不小于80 IACS% 的导电性能要求。此外，纯铜由于粘度较大，不宜加工或无法加工成表面光洁的元器件， 在加工过程中不断屑，导致细长的屑刮伤器件表面，无法满足插接件、连接件表面高光洁度的要求。因此，在此类应用中在保持高导电率和高强度的前提下，易切削性就成为对铜合金比较突出的性能要求。近年来，该领域新材料的研究主要集中于铜一氧族元素，如Cu-S， Cu-Se，Cu-Te，等。制备技术为合金熔铸法。强化手段为形变强化、固溶强化或时效强化等。虽然这些方法对铜基合金材料的性能和使用范围有所改善，但对材料导电率、易切削性、高温硬度和软化温度等性能有待进一步改进。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种铜铋锆合金及其制备方法，在CuBi 合金的发明基础上，再添加对导电性能影响也较小，又能较好提高强度的^ 元素，形成了新的铜基电工合金材料，能满足某些特殊用户需要。本发明的技术方案是，制备特种铜合金材料，其化学成份为Bi 0. 0001 3. 0wt%, Zr 0. 001 6. 0wt%，余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆，分别经真空中频熔炼成中间合金，再将电解铜、CuBi和中间合金按合金设计成分比例配好，真空中频熔炼成CWrBi合金锭；合金锭再经过模锻、退火、挤压、 拉拔等工艺加工，获得棒材或丝材等成品。其具体制备步骤包括如下
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3 200:1混合配料，在真空度>1X10一 2Pa的条件下加热至1044 1074°C熔炼0. 1 Ih,自然冷却后得到CuBi0.5_3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6 100:1混合配料，在真空度>1 X 10 —2I^a的条件下加热至1060 1100°C熔炼0. 1 Ih,自然冷却后得到CuZiv6中间合金；
(2)将步骤(1)制得的CuBia5_3、Cu^v6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5 3 1 6 :100 200混合配料，在真空度>1X10 —2Pa的条件下，加热至1050 1100°C熔炼 0. 1 Ih,自然冷却后得到CuZrBi合金；
(3)在100 600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
(4)在500 800°C温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度>1X10 —2I^a的条件下真空退火1 12h，自然冷却后获得退火态合金棒；
(5)在挤压比10 25:1，挤压温度为700 850°C的条件下，将步骤(4)中得到的退火态合金棒CWrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CWrBi高导电易切削合金制品；
(7)根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CWrBi高强高导电易切削合金制品。所述电解铜的纯度为彡99. 95%，金属铋的纯度为彡99. 9%，金属锆的纯度为彡 99. 7%ο所述步骤(6)中拉拔和轧制的总变形量为25 90%，热处理温度为400 800°C， 时间1 12h。本发明的优点和积极效果
(1)高熔点金属ττ与铜形成固溶体外还可能形成多相金属间化合物，有效地促进了 Cu 合金的晶粒组织细化，明显改善了铜合金的微观组织结构，提高了铜合金的力学性能和高温强度、软化温度。(2)低熔点金属Bi与铜几乎不共溶，只能均勻地分布于铜的晶界上，对合金材料的电阻率影响较小，并且能改善材料的易切削性能。(3)高熔点金属^ 与金属Bi、Cu都有一定的固溶度。这能使Bi通过^ 进入Cu 的晶粒内部，进一步加强易切削性能。(4)该在铜合金中没有添加Pb、Cr等有害元素，在制备的电器元件中就不含有游离态Pb、Cr等有害元素，因此能满足欧盟绿色认证(RoHS)。(5)该合金材料具有导电率大于80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点，特别是有较好的易切削性能，经切削后表面光洁度高，可用做电力、电工、电子、 机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护内容不限于所述范围。实施例1
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3混合配料，在真空度为1. 5X10-2Pa的条件下加热至1074°C熔炼0. Ih,自然冷却后得到CuBia5_3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6混合配料，在真空度为1. 5X10 —2I^a的条件下加热至1060°C熔炼lh， 自然冷却后得到Cu^v6中间合金；电解铜的纯度为彡99. 95%，金属铋的纯度为彡99. 9%， 金属锆的纯度为彡99. 7%。(2)将步骤(1)制得的CuBiQ.5_3、Cuav6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0. 5 6 :100混合配料，在真空度为1.5X10 —2I^a的条件下，加热至1050°C熔炼lh，自然冷却后得到CuZrBi合金；
(3)在IOOMPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
(4)在500°C温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为1.5X10-2Pa的条件下真空退火lh，自然冷却后获得退火态合金棒；
(5)在挤压比10:1，挤压温度为700°C的条件下，将步骤(4)中得到的退火态合金棒 CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CWrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为25%，热处理温度为600°C，时间10h。(7)根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CWrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为Bi 0. 0001wt%, Zr 6.0wt%，余量为 Cu。实施例2:
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比200:1混合配料，在真空度为2X10 —2I^a的条件下加热至1044°C熔炼lh，自然冷却后得到CuBia5_3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:1混合配料，在真空度为2X10 —2I^a的条件下加热至1100°C熔炼0. Ih,自然冷却后得到Cu^v6中间合金；电解铜的纯度为彡99. 95%，金属铋的纯度为彡99. 9%，金属锆的纯度为彡99. 7%。(2)将步骤(1)制得的CuBiQ.5_3、CuZr1^6中间合金和高纯电解铜按重量百分比3 1 200混合配料，在真空度为2X10 —2I^a的条件下，加热至1100°C熔炼0. Ih,自然冷却后得到CuZrBi合金；
(3)在600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
(4)在600°C温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为2X10 —2Pa的条件下真空退火10h，自然冷却后获得退火态合金棒；
(5)在挤压比5:1，挤压温度为850°C的条件下，将步骤(4)中得到的退火态合金棒 CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CWrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为80%，热处理温度为400°C，时间lh。(7)根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CWrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为Bi 0. 3wt%,Zr 1.5wt%，余量为Cu。 (结果如表1所示)
实施例3
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比150 2混合配料，在真空度为3X 10 —2Pa的条件下加热至1066°C熔炼0. 8h，自然冷却后得到CuBia 5_3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:3混合配料，在真空度为3X 10 —2I^a的条件下加热至1090°C熔炼0. 8h，自然冷却后得到Cu^v6中间合金；电解铜的纯度为彡99. 95%，金属铋的纯度为彡99. 9%，金属锆的纯度为彡99. 7%。(2)将步骤(1)制得的CuBiQ.5_3、CuZr1^6中间合金和高纯电解铜按重量百分比1 5 :160混合配料，在真空度>1X10 — ^1的条件下，加热至1080°C熔炼0. 8h，自然冷却后得到CuZrBi合金；
(3)在500MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；
(4)在800°C温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为3X10—2I^a的条件下真空退火12h，自然冷却后获得退火态合金棒；
(5)在挤压比20:1，挤压温度为800°C的条件下，将步骤(4)中得到的退火态合金棒 CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CWrBi高导电易切削合金制品；其中拉拔和轧制的总变形量为90%，热处理温度为800°C，时间12h。(7)根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CWrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料，其化学成份为Bi 3. 0wt%, Zr 0.001wt%，余量为 Cu。
权利要求
1.一种铜铋锆合金，其特征在于化学成份为Zr 0. 001 6. 0wt%，Bi 0. 0001 3. 0 wt%，余量为Cu。
2.一种铜铋锆合金的制备方法，其特征在与具体制备步骤包括如下(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3 200:1混合配料，在真空度>1X10 —2I^a的条件下加热至 1044 1074°C熔炼0. 1 lh，自然冷却后得到CuBia5_3中间合金；再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6 100:1混合配料，在真空度>1 X 10 + 2! 的条件下加热至1060 1100°C 熔炼0. 1 Ih,自然冷却后得到CuZiv6中间合金；(2)将步骤(1)制得的CuBia5_3、Cu^v6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5 3 1 6 :100 200混合配料，在真空度>1X10 —2Pa的条件下，加热至1050 1100°C熔炼 0. 1 Ih,自然冷却后得到CuZrBi合金；(3)在100 600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形；(4)在500 800°C温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度>1X10 —2I^a的条件下真空退火1 12h，自然冷却后获得退火态合金棒；(5)在挤压比10 25:1，挤压温度为700 850°C的条件下，将步骤(4)中得到的退火态合金棒CWrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材；(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后，根据最终的使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制得CWrBi高导电易切削合金制品；(7)根据使用要求，再进行棒材或丝材的精加工，最终制备得CWrBi高强高导电易切削合金制品。
3.根据权利要求书2所示的铜铋锆合金的制备方法，其特征在于所述电解铜的纯度为彡99. 95%，金属铋的纯度为彡99. 9%，金属锆的纯度为彡99. 7%。
4.根据权利要求书2所示的铜铋锆合金的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中拉拔和轧制的总变形量为25 90%，热处理温度为400 800°C，时间1 12h。
全文摘要
本发明涉及一种新型高强高导易切削铜合金及其制备方法，属于铜基电工材料。铜基电工合金的重量百分比化学成份为0.001～6.0Zr，0.0001～3.0Bi，余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆，分别经真空中频熔炼成中间合金，再将电解铜、CuBi和CuZr中间合金按合金设计成分比例配好，真空中频熔炼成CuZrBi合金锭；合金锭再经过模锻、退火、挤压、拉拔等工艺加工，获得棒材或丝材等成品。该合金材料具有导电率大于80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点，特别是有较好的易切削性能,经切削后表面光洁度高,可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。
文档编号C22C9/00GK102492869SQ201110440600
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者史庆南, 左孝青, 易健宏, 竺培显, 陈亮维 申请人:昆明理工大学