一种极高导无铅易切削铜合金材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种极高导无铅易切削铜合金材料及其制备方法和应用，其特点是该材料的化学成分按重量百分含量计为Te 0.10～0.30，P 0.003～0.009，Cu 99.70～99.90，杂质总和小于0.1。采用熔炼、挤压、拉拔工艺，结合磷锂复合深度脱氧方法，材料含氧量小于20ppm，达到无氧铜TU1水平，导电率大于95％IACS，明显高于C14500导电率标准(大于85％IACS)。该材料兼顾了优良的切削性能和极佳的导电、导热性能，同时具备抗腐蚀和抗电烧蚀性能，可广泛应用于对导电性能有极高要求的电子电气连接器件、集成电路引线框架、焊割高级枪嘴、电动机和开关部件等。
【专利说明】
-种极高导无铅易切削铜合金材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于合金材料技术领域，具体设及一种极高导无铅易切削铜合金材料及其 制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 导电用紫铜，虽然有良好的导电性能，但其强度及耐热性能较低。随着电力工业及 电器设备的发展，迫切需要各种中高强度、中高硬度及综合性能良好的高导电铜合金材料。
[0003] 蹄铜C14500,一是种高导易切削铜合金材料，兼顾了优良的易切削性能、导电、导 热、抗腐蚀、抗电烧蚀性能，冷热加工性能较好。但是由于C14500导电率只有85~90%ICAS， 在用于高压、大电流电子电器连接件时，长时间高负荷工作条件下，易导致连接件溫度升 高，电阻增大，最后导致电接触失效，影响其使用寿命。
[0004] 国内也有研究学者对高强、高导铜合金材料进行了研究，强化方法主要为合金化 法和复合材料法:合金化法在一定程度上W牺牲导电率的方式来提高力学性能，无法真正 达到两者兼顾的结果，合金化法制备的铜合金导电率一般不超过80%IACS，且需要加入价 格昂贵的化、Zr、Ni及稀±金属，其工艺复杂，工业化应用及生产困难;复合材料法加工工艺 十分繁琐，生产成本较高，目前仍处于实验研究阶段。
[0005] 因此，开发出一种成本较低，工业化生产易实现的高强度、极高导电、易切削铜合 金材料，将会产生巨大的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种极高导无铅易切削铜合金材料及 其制备方法和应用，其特点是W铜为基体，添加少量蹄基础上，采用憐、裡复合深度脱氧技 术，制备高导电、抗电弧烧损的铜合金材料，满足电子电器连接器市场需求。
[0007] 本发明提供的一种极高导无铅易切削铜合金材料的化学成分按重量百分含量计 为：
[0008] Te 0.10 ~0.30%
[0009] P 0.003 ~0.009%
[0010] Cu 99.70 ~99.90%
[00川其它杂质总和小于0.1%。
[0012] 科学研究表明，无氧铜杆中含氧量超过80ppm时，材料的工艺性能变差，表现为铸 造及拉伸过程中断线率急剧增高。含氧量高还能导致无氧铜杆导电率下降，Cliver化ac曾 提出计算公式:铜导电率（％IACS) = 102.14-0.001388X?【0】，由此可见含氧量是影响材 料导电率的主要影响因素，含氧量越高，导电率越低，此外含氧量高还容易引起"氨病"。
[0013] 稀±被称之为金属材料的"维生素"，在制备高导铜合金的研究过程中，常常被作 为综合净化剂、变质剂使用，可提高材料的力学性能、加工性能、耐磨性能，可使导电用铜 棒、铜杆、铜排的导电率从95~97%IACS提高到97~98%IACS，但是稀±资源有限、价格昂 贵。憐作为常规脱氧剂，脱氧效果好，且价格便宜，但残留过多会显著降低材料导电率;裡作 为脱氧剂，不仅能脱氧，还能起到脱除微量硫、氨的作用，综合脱杂能力强，此外裡还能起到 细化柱状晶的作用。
[0014] 本发明通过对憐和裡添加量的控制，可使C14500导电率从85~90% IACS提高到95 ~97 % IACS，同时使得裡的残留量为极微量。
[0015] 如本发明的实施例所示，相对于C14500而言，本发明所得合金的导电性能十分优 异，在￥2状态下至少可达95%^上，而(：14500的导电率仅为88.7%。
[0016] 本发明合金材料兼顾了优良的切削性能和极佳的导电、导热性能，同时具备抗腐 蚀和抗电烧蚀性能，冷热加工性能较好，可广泛应用于对导电性能有极高要求的电子电气 连接器件、集成电路引线框架、焊割高级枪嘴、电动机和开关部件等。
[0017] 本发明的另一个目的在于提供制备上述合金的方法，该方法包括如下步骤：
[0018] (1)烙炼：按重量份计，将阴极铜99.54~99.84份加入半连铸炉中，在覆盖剂覆盖 保护下升溫烙化;待阴极铜完全烙化后，加入0.002~0.006份憐铜中间合金脱氧，控制炉溫 至1180°C~1220°C，保溫静置后加入0.10~0.30份的高纯蹄，控制炉溫至1180°C~1220°C， 保溫静置后加入0.001~0.003份憐铜中间合金和0.002~0.005份裡，完全烙化后，揽拌烙 池，调整炉溫为1200°C~1240°C，多次烘烤炉头后实施牵引；
[0019] (2)挤压:将步骤（1)所得物放入感应炉中，加热至760~820°C，保溫30~45min，使 晶粒均匀细化，然后进行挤压加工；
[0020] (3)酸洗及冷拉加工:对步骤(2)所得物进行酸洗，洗去表面氧化物，然后进行冷拉 加工。
[0021 ]优选的，所述方法在步骤(3)之后，还包括步骤:对冷拉加工后材料进行矫直和银 切。可在矫直机上矫直，银切成指定长度，表面质量检查及物理性能检测合格后，包装入库。
[0022] 优选的，步骤（1)所述憐铜中间合金为CuP14XuP14的制备方法可参见中国专利 ZL200810148006.8《一种憐铜中间合金的制备方法》。
[0023] 优选的，所述裡是W裡铜中间合金CuLi 1.5形式加入，所述高纯蹄为99.99%蹄，所 述覆盖剂为木炭、石墨鱗片、石墨粉、米慷中的一种。
[0024] 优选的，步骤(2)所述挤压加工是在邸式挤压机中进行，挤压加工时，可根据要求 设定产品加工率，将产品加工成1 /4硬态、半硬态或硬态产品。
[0025] 优选的，所述保溫静置的时间为15-20分钟。
[00%]本发明义用了特别研制的物料加入顺序：阴极铜--覆盖剂--2/3倍憐-- 蹄一一1/3倍憐+裡一一连铸。其中，"2/3倍憐"脱去大部分氧，"1/3倍憐+裡"复合深度脱氧， 材料含氧量小于20ppm，达到无氧铜TU1水平。材料导电率大于95%IACS，明显高于C14500导 电率标准（大于85%IACS)，抗电弧烧损性能及物理性能与C14500相当，满足高导电子电器 连接器市场要求，使用寿命长。
[0027] 本发明的另一个目的在于提供上述合金材料在电气或机械领域中的应用。如在电 子电气连接器件、集成电路引线框架、焊割高级枪嘴、电动机或开关部件等方面的应用。
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] 1、本发明所得合金材料含氧量小于20ppm，达到无氧铜TU1水平；
[0030] 2、本发明所得合金材料的抗电弧烧损性能及物理性能与C14500相当，导电率大于 95%IACS，明显高于C14500标准(大于85%IACS)，满足高导电子电器连接器市场要求，使用 寿命长；
[0031] 3、本发明所得合金材料的蹄含量仅为0.10%~0.30%，但材料切削性能依然达到 铅黄铜C36000的80%W上。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是W下实施例只是用 于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练 人员根据上述
【发明内容】
所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0033] W下实施例中，加入原料时，除非有特别说明，均按重量份数加入。
[0034] 实施例1 [003引（1)烙炼
[0036] 阴极铜99.8份加入半连铸炉中，在覆盖剂木炭覆盖保护下升溫烙化;待阴极铜完 全烙化后，加入0.006份憐铜中间合金(2/3)倍脱氧，控制炉溫至118(TC~1220°C，保溫静置 15min~20min;随后加入0.31份的高纯蹄(99.99%蹄），控制炉溫至1180°(：~1220°(：，保溫 静置15min~20min;然后加入0.003份憐铜中间合金（1/3倍)+0.005份裡，完全烙化后，揽拌 烙池，调整炉溫为1200°C~1240°C，多次烘烤炉头后实施牵引；
[0037] (2)挤压
[0038] 棒巧成分及表面质量检测合格后，放入感应炉中，加热至820°C，保溫时效30~ 45min，使晶粒均匀细化，采用07五孔挤压模具，挤压比58.7,置入邸式挤压机内进行挤压 加工；
[0039] (3)酸洗及冷拉加工
[0040] 对上述挤压加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔机上拉拔至05.5(Y)产品。
[0041 ] (4)矫直银切
[0042] 冷拔加工后材料银切至指定长度，然后在矫直机上矫直，表面质量检查及物理性 能检测合格后，包装入库。
[0043] 实施例2
[0044] (1)烙炼
[0045] 阴极铜99.7份加入半连铸炉中，在覆盖剂石墨鱗片覆盖保护下升溫烙化;待阴极 铜完全烙化后，加入0.004份憐铜中间合金(2/3)倍脱氧，控制炉溫至118(TC~1220°C，保溫 静置15min~20min;随后加入0.25份的高纯蹄(99.99%蹄），控制炉溫至1180°(：~1220°(：， 保溫静置15min~20min;然后加入0.002份憐铜中间合金（1/3倍)+0.004份裡，完全烙化后， 揽拌烙池，调整炉溫为1200°C~1240°C，多次烘烤炉头后实施牵引；
[0046] (2)挤压
[0047] 棒巧成分及表面质量检测合格后，放入感应炉中，加热至800°C，保溫时效30~ 45min，使晶粒均匀细化，采用Oil.2五孔挤压模具，挤压比38.3,置入邸式挤压机内进行挤 压加工；
[0048] (3)酸洗及冷拉加工
[0049] 对上述挤压加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔机上拉拔至09.8(Y2)产品。
[(K)加](4)矫直银切
[0051]冷拔加工后材料在矫直机上矫直，然后银切至指定长度，表面质量检查及物理性 能检测合格后，包装入库。
[0化2]实施例3
[0053] (1)阴极铜99.6份加入半连铸炉中，在覆盖剂石墨粉覆盖保护下升溫烙化;待阴极 铜完全烙化后，加入0.002份憐铜中间合金(2/3)倍脱氧，控制炉溫至118(TC~1220°C，保溫 静置15min~20min;随后加入0.20份的高纯蹄(99.99%蹄），控制炉溫至1180°(：~1220°(：， 保溫静置15min~20min;然后加入0.001份憐铜中间合金（1/3倍)+0.003份裡，完全烙化后， 揽拌烙池，调整炉溫为1200°C~1240°C，多次烘烤炉头后实施牵引；
[0054] (2)挤压
[0055] 棒巧成分及表面质量检测合格后，放入感应炉中，加热至760°C，保溫时效30~ 45min，使晶粒均匀细化，采用015.5单孔挤压模具，挤压比60,置入邸式挤压机内进行挤压 加工；
[0056] (3)酸洗及冷拉加工
[0057] 对上述挤压加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，拉拔机上拉拔至〇14(Y2)产品。
[0化引（4)矫直银切
[0059] 冷拔加工后材料在矫直机上矫直，然后银切至指定长度，表面质量检查及物理性 能检测合格后，包装入库。
[0060] 实施例4
[006U (1)烙炼
[0062] 阴极铜99.50份加入半连铸炉中，在覆盖剂米慷覆盖保护下升溫烙化;待阴极铜完 全烙化后，加入0.002份憐铜中间合金(2/3)倍脱氧，控制炉溫至118(TC~1220°C，保溫静置 15min~20min;随后加入0.12份的高纯蹄(99.99%蹄），控制炉溫至1180°(：~1220°(：，保溫 静置15min~20min;然后加入0.001份憐铜中间合金（1/3倍)+0.002份裡，完全烙化后，揽拌 烙池，调整炉溫为1200°C~1240°C，多次烘烤炉头后实施牵引；
[0063] (2)挤压
[0064] 棒巧成分及表面质量检测合格后，放入感应炉中，加热至820°C，保溫时效30~ 45min，使晶粒均匀细化，采用07.5双孔挤压模具，挤压比128,置入邸式挤压机内进行挤压 加工；
[0065] (3)酸洗及冷拉加工
[0066] 上述挤压加工巧料酸洗，洗去表面氧化物，倒拉机上拉拔至〇 6.6中间产品。
[0067] (4)退火及拉拔
[0068] 06.6中间产品置于退火炉中，600°C溫度下退火，保溫化后随炉冷却至常溫，然后 倒拉机上拉拔成。6.2产品。
[0069] (5)矫直银切
[0070] 冷拔加工后材料银切至指定长度，然后在矫直机上矫直，表面质量检查及物理性 能检测合格后，包装入库。
[0071] 对实施例1-4所得合金进行测试，其化学成分及性能如表1和表2所示。
[0072] 1、化学成分
[0073] 表1:化学成分检测结果(单位wt%)
[0074]
[C
[0076] 注:检测方法参照国家标准GB/T 5121-2008《铜及铜合金化学分析方法》测定
[0077] 2、物理性能、切削性能、导电性能
[0078] 物理性能按GB/T 228-2002《金属材料室溫拉伸试验方法》测定，切削性能按照GB/ T26306-2010《易切削铜合金棒》测定，导电性能按照GB/T351-1995《金属材料电阻系数测量 方法》测定。
[0079] 表2:物理性能与切削加工性能检测结果
[0080]
[0081 ] 注:表2中切削性能与C36000(100%)相比较。
【主权项】
1. 一种极高导无铅易切削铜合金材料，其特征在于该材料的化学成分按重量百分含量 计为： Te 0.10 ~0.30% P 0.003 ~0.009% Cu 99.70~99.90 % 其它杂质总和小于0.1 %。2. 制备如权利要求1所述的铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步 骤： (1) 熔炼:按重量份计，将阴极铜99.54~99.84份加入半连铸炉中，在覆盖剂覆盖保护 下升温熔化;待阴极铜完全熔化后，加入0.002~0.006份磷铜中间合金脱氧，控制炉温至 1180°C~1220°C，保温静置后加入0.10~0.30份的高纯碲，控制炉温至1180°C~1220°C，保 温静置后加入〇. 001~〇. 003份磷铜中间合金和0.002~0.005份锂，完全熔化后，搅拌熔池， 调整炉温为1200°C~1240Γ，多次烘烤炉头后实施牵引； (2) 挤压:将步骤（1)所得物放入感应炉中，加热至760~820°C，保温30~45min，使晶粒 均匀细化，然后进行挤压加工； (3) 酸洗及冷拉加工：对步骤（2)所得物进行酸洗，洗去表面氧化物，然后进行冷拉加 工。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤(3)之后，还包括步骤:对 冷拉加工后材料进行矫直和锯切。4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磷铜中间合金为CuP14。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锂是以锂铜中间合金CuLi 1.5形式加 入，所述高纯碲为99.99 %碲。6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述覆盖剂为木炭、石墨鳞片、石墨粉、米 糠中的一种。7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述挤压加工是在卧式挤压机 中进行。8. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，挤压加工时，将产品加工成1/4 硬态、半硬态或硬态产品。9. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述保温静置的时间为15-20 分钟。10. 权利要求1所述的合金材料或根据权利要求2-9任一项所述方法制备得到的合金材 料在电气或机械领域中的应用，其特征在于，所述应用包括在电子电气连接器件、集成电路 引线框架、焊割高级枪嘴、电动机或开关部件上的应用。
【文档编号】C22C1/03GK106048295SQ201610663323
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610663323.8, CN 106048295 A, CN 106048295A, CN 201610663323, CN-A-106048295, CN106048295 A, CN106048295A, CN201610663323, CN201610663323.8
【发明人】侯龙超, 侯仁义, 冯春发, 吕忠华
【申请人】四川鑫炬新兴新材料科技有限公司