专利名称：无铍多元铜合金的制作方法
技术领域：
本发明属于金属功能材料领域，该合金可应用在电阻焊电极、导电结构件、模具材料等要求具有高导电(导热)高强度(硬度)等产品。
背景技术：
高导高强铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，广泛应用于电阻焊、电力、电子、机械制造等工业领域。专利《高强度高导电稀土铜合金及其制造方法》、《用于焊机电极的高强度、高导电性铜合金》主要介绍了 Cu-Cr系和Cu-Cr-Zr系高导高强铜合金。但由于该合金系的硬度相对较低，布氏硬度最高不超过150，其强度和硬度的较低而限制了其应用领域。含铍元素的Cu- (Ni、Co) -Be系铜合金作为高导高强电阻焊电极材料，具有良好的耐磨性和高的软化温度，是一种较为理想的电阻焊电极材料，如专利《可时效硬化的铜合金》和《低铍多元铜合金》、《能时效硬化的铜合金的应用》报导了含铍元素的高导高强铜合金，因其良好的综合性能被广泛应用。研制开发的高导高强电极铜合金采用微合金化法，通过多元素的复合强化提高合金的强度，以获得一种无毒铍元素的高导高强铜合金。
发明内容
解决的技术问题本发明针对上述材料的缺点，充分利用我国的丰富的稀土资源， 采用微合金化法，制备了无铍多元铜合金，其特点是在合金中加入Co元素和Zr、Si、Ti、稀土元素。一方面Zr、Si、Ti的加入以替代Be元素，使制备的合金无毒；另一方面，Zr、Si、 Ti元素的加入形成多元复合强化的效果，提高了合金的强度。合金的强化相主要有Zr粒子、Cu3Zr、Co2Si、CoTi。技术方案无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I
0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，余量为Cu和不可避免的杂质，所述杂质含量 (0. 3%。无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有所述Co :1. 8% ；Ti 0. 5% ；Zr :0. 1% ；RE
0.1% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co :1. 5 2.5%，Ti :0. I 0. 6%，Zr:
0.05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%，余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质
含量彡0. 3%o无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co, 2. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ； Si，0. 4% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量彡0. 2%。上述无铍多元铜合金，RE为Ce — La混合稀土。
3
有益效果
合金铸态组织存在偏析，第二相几乎是沿着粗大树枝晶边缘生成，且呈针状和小块状; 而经热锻后合金偏析得到明显改善，为下一步热处理作组织准备，同时合金组织中有大量的未溶第二相和少量的孪晶；合金经固溶后的组织由过饱和a固溶体和少量的第二相组成，由于淬火应力的作用，晶粒内产生了许多孪晶。合金经固溶处理+冷加工变形+时效处理后组织由a-Cu+交错孪晶+时效强化相组成。稀土元素的加入不仅净化铜合金的成分， 消除枝状晶、细化晶粒，还可以提高铜及其合金的导电性、热强性和热加工性。合金时效强度取决于位错与脱溶相质点的相互作用。当运动位错遇到脱溶质点时，在质点周围生成位错环或以切过质点的方式通过脱溶质点的阻碍，因此合金的强度和硬度取决于析出相及其分布和大小。合金经时效后基析出强化相有Cu3Zr、C O2Si, CoTi, Zr粒子组成；Zr不仅可以细化金属基体,而且Zr还促进了 Co2Si、CoTi相的析出，同时，Zr 还形成了 Cu3Zr强化相。由于这几种析出相的同时存在，有着叠加强化的效果，比单一析出相的强化效果要显著，合金可获得良好的综合性能。本合金硬度达190 240HB，电导率达30 46%IACS，软化温度大于500°C。在电阻焊过程有着优越的耐磨性，合金使用寿命比CuCrZr合金提高3_5倍。可广泛应用于电阻焊电极、导电结构件和模具用铜合金。
具体实施例方式实施例I :
一种无铍多元高导高强铜合金
I、原料准备电解铜、纯Co、纯Zr、纯Si、纯Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按质量分数计，合金成份为-.Co, 2. 2% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，稀土，0. 1% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。2、在真空炉中制备Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE和Cu-Ti中间合金所述中间合金中Si 8%wt、Zr 4%wt、RE 5%wt、T i :10%wt ；
3、非真空熔铸形成铸锭将电解铜板置于坩埚底部，加入适量玻璃和硼砂(以覆盖液态金属表面为目的，实际玻璃加入量根据实际生产情况而定，玻璃与硼砂质量比为5:1)，升温至电解铜熔化，根据合金成份按比例由加料斗加入中间合金，其中Si、RE和Zr烧损按 10%wt左右计，Ti烧损按15%wt左右计，加料顺序为Cu-Si、Cu-RE, Cu-Zr和Cu_Ti，静置几分钟后进行浇铸形成铸锭；浇铸温度为1250°C左右。4、铸锭的热机械处理
热锻(或热挤)一固溶处理一冷加工变形(冷锻或冷轧)一时效处理其中热锻(或热挤)温度为750°C 920°C ;固溶温度为950°C时间为I 3小时(根据工件大小确定保温时间)；冷加工变形量20% 50% ;时效温度为480°C，时间为3小时。5、合金性能合金经热机械处理后，硬度达220HB，导电率达40%IACS，软化温度大于500°C。合金具有良好的综合性能，可广泛用于模具材料等领域。
实施例2
一种无铍多元高导高强铜合金I、原料准备电解铜、纯Co、纯Zr、纯Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按质量分数计， 合金成份为Co, I. 8% ；Ti,0. 5% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;余量为Cu和不可避免的杂质，
其中杂质含量< 0. 2%。2、真空熔铸形成铸锭将钴片先置于坩埚底部，加入电解铜板，抽真空至IOPa以内，升温。待电解铜熔化，根据合金成份按比例由加料斗加入纯Ti、纯Zr和混合稀土 RE，其中，Ti、Zr和RE按5%左右烧损计，Ti按10%左右烧损计，静置几分钟后进行真空浇铸形成铸锭；浇铸温度为1250°C左右。3、铸锭的热机械处理
热锻(或热挤)一固溶处理一冷加工变形(冷锻或冷轧)一时效处理其中热锻(或热挤)温度为750°C 920°C ;固溶温度为950°C时间为I 3小时(根据工件大小确定保温时间)；冷加工变形量20% 50% ;时效温度为480°C，时间为3小时。4、合金性能合金经热机械处理后，硬度达200HB，导电率达44%IACS，软化温度大于500°C。合金具有良好的综合性能，可用于电阻焊电极。
实施例3
一种无铍多元高导高强铜合金
I、原料准备电解铜、纯Co、纯Zr、纯Si、纯Ti、稀土(RE:Ce — La混合稀土)；按质量分数计，合金成份为-.Co, 2. 2% ；Si,0. 6% ；Ti,0. 2% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 2% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。2、在真空炉中制备Cu-Si、Cu-Zr, Cu-RE, Cu-Ti中间合金所述中间合金中Si 8%wt> Zr 4%wt> RE 5%wt > Ti 10%wt ；
3、非真空熔铸形成铸件将电解铜板置于坩埚底部，加入适量玻璃和硼砂(以覆盖液态金属表面为目的，实际玻璃加入量根据实际生产情况而定，玻璃与硼砂质量比为5:1)，升温至电解铜熔化，根据合金成份按比例由加料斗加入中间合金,其中Si、RE和Zr烧损按10%wt 左右计，Ti烧损按15%wt左右计，加料顺序为Cu-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu_Ti，静置几分钟后浇入预先造好型的砂型中形成铸件；浇铸温度为1250°C左右。4、铸件的热处理
固溶处理一时效处理
固溶温度为950°C时间为I 3小时(根据工件大小确定保温时间);时效温度为480°C， 时间为3小时。5、合金性能铸件经热处理后，硬度达195HB，导电率达35%IACS，软化温度大于 500°C。合金具有良好的综合性能，可广泛用于大型导电结构件领域。
实施例4
同实施例I的一种无铍多元高导高强铜合金，其不同之处在于所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为，Co，1.9%;Si，0. 5%；Ti,0. 3% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 1% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。
实施例5 同实施例I的一种无铍多元高导高强铜合金，其不同之处在于所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为，Co, 2. 4% ；Si,0. 1% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 2%，混合稀土，0. 2% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。
实施例6
同实施例I的一种无铍多元高导高强铜合金，其不同之处在于所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为，Co, 2. 0% ；Si,0. 2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15%，混合稀土，0. 15% ； 余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。
实施例7
同实施例3的一种无铍多元高导高强铜合金，其不同之处在于所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为，Co, 2. 5% ；Si,0. 4% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 1%，混合稀土，0. 15% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量< 0. 2%。
权利要求
1.无铍多元铜合金，其特征在于基于质量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%，Zr :0. 05 0. 3%，RE :0. 05% 0. 5%，余量为Cu和不可避免的杂质，所述杂质含量 (0. 3%。
2.根据权利要求I所述的无铍多元铜合金，其特征在于基于质量百分率，含有所述Co 1.8%；Ti 0. 5% ；Zr 0. 1% ；RE :0. 1%;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量 (0. 2%。
3.无铍多元铜合金，其特征在于基于质量百分率，含有Co:1. 5 2. 5%，Ti :0. I 0.6%, Zr :0. 05 0. 3%, RE :0. 05% 0. 5%, Si :0. I 0. 6%,余量为 Cu 和不可避免的杂质， 其中杂质含量< 0. 3%。
4.根据权利要求3所述的无铍多元铜合金，其特征在于基于质量百分率，含有Co，2.2% ；Ti,0. 4% ；Zr,0. 15% ；RE,0. 1% ；Si,0. 4% ;余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量 (0. 2%。
5.上述任一权利要求所述的无铍多元铜合金，其特征在于所述RE为Ce— La混合稀土。
全文摘要
无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，余量为Cu和不可避免的杂质，所述杂质含量≤0.3%；或，含有Co1.5～2.5%，Ti0.1～0.6%，Zr0.05～0.3%，RE0.05%～0.5%，Si0.1～0.6%，余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量≤0.3%。本合金硬度达190～240HB，电导率达30～46%IACS，软化温度大于500℃。在电阻焊过程有着优越的耐磨性，合金使用寿命比CuCrZr合金提高3-5倍。可广泛应用于电阻焊电极、导电结构件和模具用铜合金。
文档编号C22C9/06GK102534299SQ20121002485
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者吴宇宁, 戴安伦, 朱治愿 申请人:南京达迈科技实业有限公司, 江苏科技大学