一种高强度导电铜合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料加工技术领域，具体设及一种高强度导电铜合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铜合金广泛应用于电力、电子、轻工等国民经济领域，特别是铜合金W其优良的导 电导热性且价格低廉成为了理想的引线框架材料。然而，一般的铜合金，例如C194牌号，其 抗拉强度较低，很难达到高强度铜合金(〇b含eOOMPa)的要求，限制了其工程应用范围。一般 而言，铜合金的高导电性与高强度很难兼具，通过形变强化或固溶强化等方法往往造成导 电率大幅降低。因此，在保证一定电导率前提下，提升铜合金强度、硬度，使其能够满足特殊 应用场合，成为了国内外研究重点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在提供一种高强度导电铜合金及其制备方法，该方法制备的高强度 导电铜合金具有优异的力学性能和较好的导电性能，达到了高强中导铜合金的要求。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用的制备技术方案为：
[0005] -种高强度导电铜合金的制备方法，包括W下步骤：
[0006] 1)按质量比为1:1将钢粉和铭粉混合均匀后研磨16~2她;然后将研磨后的产物取 出，干燥，得到合金化化(Mo)粉末，真空封装保存；
[0007] 2)按质量比为9:1将铜粉和步骤1)制得的合金化Cr(Mo)粉末均匀混合，加入正庚 烧作为过程控制剂，研磨8~16h;然后将研磨后的产物取出，干燥，得到合金化Cu(Mo,化）固 溶体粉末，真空封装保存；
[000引3)将步骤2)制得的合金化Cu(Mo，Cr)固溶体粉末在真空度为l0-3Pa、溫度为450~ 600°C的条件下退火0.5~1.化，然后冷却至室溫，真空封装保存；
[0009] 4)将退火后的化(Mo,化）固溶体粉末在压力为150~ISOMPa、溫度为800~950°C的 条件下热压烧结0.5~1.化;烧结完成后自然冷却至室溫并卸压，即得到高强度导电铜合 金〇
[0010] 所述的钢粉和铭粉的纯度为含98%，铜粉的纯度为含99.8%，粒度均为200目W 细。
[0011] 所述步骤1)和步骤2)中的研磨在振动棒磨机中进行，研磨前先抽真空再充入惰性 气体保护，设置振动棒磨机的转速为900~lOOOrmp/min，使用的振动棒为不诱钢材质，棒料 比为25:1~35:1。
[0012] 所述步骤1)和步骤2)中在研磨完成后，先对振动棒磨机抽真空，然后向其中充入 无水乙醇，继续研磨50~55min后湿取产物，将产物静置后滤去上层清液，再进行干燥;其中 充入的无水乙醇的体积为振动棒磨机内棒磨罐容积的15~18%。
[0013] 所述步骤1)和步骤2)中的干燥是将待干燥的粉末置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10~12h。
[0014] 所述步骤2)中在研磨时向每300g铜粉和合金化化(Mo)粉末的混合物中加入150~ 160mL正庚烧。
[0015] 所述步骤3)中的退火在真空管式炉中进行，退火前先抽真空至l(T3Pa，再W8~10 °C/min的升溫速度升溫至450~600°C并保溫0.5~1.化，整个过程维持真空度为1〇- 3化不 变。
[0016] 所述步骤4)中将退火后的Cu(Mo,化）固溶体粉末装入内表面铺放有石墨纸的硬质 合金模具中，振实，再放入热压烧结炉内进行热压烧结。
[0017] 所述步骤4)中在进行热压烧结时，先在室溫下升压至630MPa并保压15min，然后降 低压强至150~ISOMPa，再W8~10°C/min的升溫速度升溫至800~950°C，并在该条件下热 压烧结0.5~1.化。
[0018] 所述的高强度导电铜合金的制备方法制得的高强度导电铜合金，其抗拉强度为 852.60~936.88M化，2%屈服强度为778.03~852.71MPa，硬度为278.5~299.2HV，导电率 为46.2~46.8% IACS，密度为8.64~8.74g/cm3，断后伸长率为3.1~4.6%。
[0019] 相对于现有技术，本发明具有W下有益效果：
[0020] 本发明提供的高强度导电铜合金的制备方法，将钢粉和铭粉均匀混合后研磨，干 燥研磨产物，得到合金化化(Mo)粉末;再将合金化Cr(Mo)粉末和铜粉均匀混合后研磨，干燥 研磨产物，得到合金化Cu(Mo,化)粉末;将合金化Cu(Mo,化)粉末真空退火后再热压烧结，冷 却至室溫即可得到高强度导电铜合金。本发明使用的合金元素简单且价格相对低廉，制备 工艺简单，操作方便，其核屯、步骤包括机械合金化制粉、粉末退火和粉末烧结，将机械合金 化粉末烧结成块材，得到高强度导电铜合金。该方法制备的高强度导电铜合金具有优异的 力学性能和较好的导电性能，达到了高强中导铜合金的要求。
[0021] 本发明制备的高强度导电铜合金，抗拉强度平均可达到900M化，密度为8.7g/cm3 左右，其相对密度可达98 %左右，硬度值为278.5~299.2HV，导电率为46.6 % IACS。在保持 较好导电性的同时，具有优异的力学性能，能够满足特殊场合的使用需求。
[0022] 本发明还具有W下优点：
[0023] 1)相对妮、错、银等传统强化铜基体元素，选择价格较低廉的铭和钢进行合金化， 铭、钢含量均为粉末总质量的5%。
[0024] 2)利用振动棒磨机经过两次机械合金化，实现了常规方法无法实现的铭和钢在铜 中的超饱和固溶，相对于烙炼而言可W在较低溫度下实现合金化过程。
[0025] 3)采取利用模具进行热压烧结的方式制备块材，包括加压工艺和烧结溫度，工艺 简单，操作方便，在烧结过程中达到析出强化的目的，提高强度和硬度。
[0026] 4)将机械合金化与粉末冶金相结合，实现机械合金化粉末在较低溫度烧结，节约 经济成本。
[0027] 5)制备的铜合金块材抗拉强度远大于高强度铜合金要求(Ob > eOOMPa)，同时保持 较好的导电性。
【具体实施方式】
[0028] 本发明制备的高强度导电铜合金，其关键在于合金化元素种类和含量，制备方法 的核屯、在于将机械合金化与粉末冶金结合，通过机械合金化实现钢元素和铭元素在铜中的 固溶，利用粉末冶金的热压烧结将合金化的铜粉末烧结成型并固溶析出，从而获得高强度 又具有良好导电性的铜合金块材。该制备方法包含机械制粉、粉末退火和热压烧结=部分， 其中
[00巧]机械制粉的工艺要点为：
[0030] 1)按质量比为1:1将钢粉和铭粉共450g混合均匀后加入振动棒磨机中，其中使用 商品化的钢粉和铭粉，纯度为分析纯(纯度含98% )，粒度为200目W细。按棒料比为25:1~ 35:1加入不诱钢材质的振动棒，每根约215g，棒磨前先抽真空后充入惰性气体作为气氛保 护，设定振动棒磨机转速为900~lOOOrmp/min,研磨16~2她后停机。
[0031] 2)研磨结束后将振动棒磨机抽真空，然后向其中充入无水乙醇(无水乙醇的体积 为振动棒磨机内棒磨罐容积的15~18%)，继续研磨50~55min后湿取产物，将产物静置后 滤去上层清液，置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10 ~12h，得到合金化化(Mo)粉末，真空封装保存。
[0032] 3)将铜粉和合金化Cr(Mo)粉末均匀混合，其中使用商品化的铜粉，纯度为分析纯 (纯度> 99.8% )，粒度为200目W细，合金化Cr(Mo)粉末质量占混合后粉末总质量10%，共 取300g混合粉末加入振动棒磨机中，按棒料比为25:1~35:1加入不诱钢棒，加入150~ 160ml正庚烧作为过程控制剂，避免在研磨过程中产生冷焊，棒磨前先抽真空后充入氣气作 为气氛保护，设定振动棒磨机转速为900~lOOOrmp/min，研磨8~16h后停机。
[0033] 4)研磨结束后将振动棒磨机抽真空，然后向其中充入无水乙醇(无水乙醇的体积 为振动棒磨机内棒磨罐容积的15~18%)，继续研磨50~55min后湿取产物，将产物静置后 滤去上层清液，置于真空干燥箱中，抽真空至-0.8~-0.95MPa，然后升溫至70~75°C干燥10 ~12h，得到合金化化(Mo，化)固溶体粉末，真空封装保存；
[0034] 粉末退火的工艺要点为：
[0035] 将合金化Cu(Mo,化）固溶体粉末放入真空管式炉中，先将真空管式炉抽真空至10-中曰，再W8~10°C/min的升溫速度升至450~60