本发明涉及一种复合金属，尤其涉及一种高导电性的复合金属，属于合金材料技术领域。
背景技术：
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。导电合金，用来传导电能的合金材料，在下业上用量很大，用途很广。具有较高的导屯率、良好的加工性能和抗腐蚀性能，只有一定的强度和塑比、日前使用级多的导电合金是铜合金和铝合金，有时一也采用低碳钢。而现有技术中使用单一铜合金做导电材料势必会提高成本，影响市场竞争力。而单一的铝合金的导电性又无法与铜合金媲美。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种成本低、导电性高的复合金属。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.5-0.7％、Si2.2-2.8％、Cu0.06-0.15％、Mg0.12-0.2％、Ti0.025-0.035％、B0.005-0.02％、Zr0.05-0.15％、V0.022-0.025％、Sc0.1-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质，所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.06-0.35％、Zn0.8-1.5％、Ni0.30-0.45％、Si0.12-0.20％、Sn0.52-0.58％、Al0.18-0.25％、Ag0.01-0.025％，余量Cu及不可避免的杂质。
若仅用铜合金，尽管导电性能优异，但是铜的价格昂贵，必然导致成本高，市场竞争小。而若单独使用铝合金则无法保证其导电性能，限制它的使用。本发明的复合金属选用导电性较好的铝合金作为芯部，在芯部表面包覆导电性能较好的铜合金，在保证复合金属材料的导电性的同时大幅度降低生产成本。
其中，本发明芯部的Al合金为Al-Mg-Si-Cu-Fe基合金，尽管Mg的添加会降低导电率，但是Mg在合金中与基体铝元素生成大量Mg5Al相，而通过热处理能使全部Mg5Al相固溶到铝合金基体α相中，使得合金具有较高的强度和优异的力学性能，尤其是，Mg与Si的同时使用，Mg与Si形成Mg2Si强化相，明显增加抗拉强度和屈服强度，且Si与Al可形成Al+Si共晶液相，是提高铝合金铸造流动性的主要成分。同样地，虽然Cu可导致导电率小幅降低，但是添加适量的Cu、Mg，能够增强粒子的弥散程度，增强即时析出相的粒子的强度，大大强化了部分共格的中间相η’和共格的G.P区，因此在基体中，时效时析出的相粒子主要是由略粗的共格G.P区和细小的η’相组成，进而提高合金强度，所以在芯部铝合金中加入0.06-0.15％Cu在保证接线爪导电性能的同时进一步提高其强度。虽然过量的Si会影响合金的导电性，但本发明接线爪铝合金中含有Zr、Ti、V、B等元素，元素之间会产生各种各样的协同作用，所以本发明大大提高了Si含量，仍可进一步提高合金的强度。本发明铝合金通过各个基本元素的协同作用，在保证动用于复合金属导电性的情况下，大幅度提高其强度。一般铝合金中Fe为杂质，即便压铸铝合金中含有Fe，为了利于脱模，Fe的含量一般为0.8-1.0％，因为低于0.7％不利于脱模，高于1.2％会生成金属化合物，形成硬点，降低合金流动性，损害产品品质，缩短产品寿命。然而本发明复合金属的芯部铝合金中加仅加入0.5-0.7％，利用Al-Fe、Al-Fe-Si等金属间化合物的形式结晶或析出，该结晶物或析出物作为结晶粒的微细化材而发挥作用，在保证导电率的同时提高强度和力学性能。在本发明复合金属的芯部铝合金中若Fe的含量超过0.7％，则会严重影响合金的导电率，进而影响复合金属的导电性能。
本发明复合金属的芯部铝合金中不含有Cr、Mn，含有Zr、Ti、V、B，通过各元素之间产生的协同作用，细化晶粒，进一步提高合金的强度、耐磨性。其中，元素Zr的加入可以与Al形成Al3Zr，成为固溶体的外来异质结晶核心，可以阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，细化铸造组织，提高合金的强度、耐磨性，Zr还能与合金液中的氢反应，生产ZrH，溶于合金液中起除气作用，减少针孔、疏松等缺陷，进而显著提高合金的力学性能。Ti与B的同时添加，B元素可以使合金中的部分Zr元素由固溶态转变为析出态，以细小的板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处，减少晶格畸变，改善铝合金基体的有序性，从而改善铝合金的强度、耐磨性。Ti与Al形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。尽管可仅含有Zr、Ti、V、B中的一种或几种，但是本发明同时含有四种元素，使细化晶体结构的效果得以增强。且在铝合金领域，各元素之间的作用不是单独存在的，而是通过各成分以及组分的百分比形成一个整体，本发明复合金属的芯部铝合金正是通过整体的合理配伍，进一步提高合金的导电性、耐磨性能和力学性能。添加了微量的Sc与合金中的Zr会在凝固过程中形成初生Al3(Sc,Zr)，可显著细化合金铸态晶粒，起到辅助细化晶粒与控制再结晶组织的作用。而均匀化时形成的次生Al3(Sc,Zr)粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制变形组织的再结晶，进而显著提高合金的力学性能，尤其提高其耐磨性。
而外层的铜合金中不含Cr、Ti、Bi等常见元素，通过降低Ni的含量，提高Si、Sn的含量，并加入适量Ag，通过各元素之间产生的协同，大幅度提高铜合金的导电性、强度、冲压性、抗应力、耐磨等性能。其中，Zn在Cu中的固溶度为39.9％，Sn在Cu中固溶度为15.8％，而Ni可以与Cu无限互溶，它们与铜形成连续固溶体，具有宽阔的单相区，它们能够明显地提高铜的机械性能。现有铜合金中的Sn含量一般都控制在0.5％以内，但是通过不断试验发现，在本发明铜合金中适当提高了Sn的含量，提高至0.52-0.58％，可以更有效地促进晶粒细化并且增加强度。适量的Mn可以提高铜合金的强度，又因为锰铜电阻温度系很少，由于有同素异晶转变，使铜锰合金固态下相变十分复杂，固相下具有调幅分解，变晶转变等过程，进一步提高本发明铜合金的耐冲击性能。而Si可以有限固溶于铜，固溶度随着温度变化而激烈的变化，当温度从合金结晶完成之后开始下降时，它们在铜中的固溶度也开始降低，以金属化合物或单质形态从固相中析出，当这些元素固溶于铜中，能够明显地提高其强度，具有固溶强化效应，当它们从固相中析出时，又产生了弥散强化效果，导电和导热性能得到了恢复，加入Si既可以提高铜合金的强度和抗应力，又可以提高合金的导电率。但若在本发明若Si的含量低于0.1％则无法发挥Si的效果，而若Si的超过0.20％，则会大大影响合金的导电率。更为本发明铜合金中添加有适量的Ag能促进合金的冲压性、抗应力和强度，尤其当合金在时效状态时，添加了Ag的上述铜合金可进一步改进抵抗高温应力的性能。和其他合金元素相比，铝不仅可增加铜水的流动性，改善该合金材料的铸造性能，还能最显著地提高铜合金的强度。由于铝标准电位相对于锌更负，因而有着更大的离子化趋向，优先于环境中的氧结合，优先形成微密而坚硬的氧化铝膜，可以防止合金的进一步氧化，形成的Al2O3膜有阻滞基体腐蚀的作用。在本发明中加入铝，会使α相区明显地移向铜角。当铝含量高时会出现硬而脆的γ相，提高合金的强度和硬度，同时大幅度降低其塑性。另外在本发明外层铜合金中加入0.18-0.25％Al，可以与芯部的铝合金更好地结合在一起。但是过量的铝元素反而会在铜水液面产生大量的铝氧化膜，使铜液中夹渣亦在后续浇铸铜铸件时形成夹层，造成铸件缺陷的产生。当铜合金中含有Sn、Ti、Ni、Bi等元素一起作用时，Al在铜合金中的作用可最大化地发挥。
作为优选，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.6-0.7％、Si2.3-2.5％、Cu0.08-0.12％、Mg0.14-0.18％、Ti0.028-0.033％、B0.008-0.016％、Zr0.06-0.12％、V0.022-0.024％、Sc0.12-0.18％，余量为Al及不可避免的杂质。
作为优选，铝合金中Mg和Si的质量比为0.05≤Mg/Si≤0.07。因为芯部铝合金中同时添加有适量的Zr、Ti、B、V，通过各元素之间的协同作用改善铝合金的导电率和强度，所以在芯部铝合金中当Mg/Si小于0.05时，则无法发挥Mg可以提高强度的作用，而当Mg/Si大于0.7，尤其是大于0.8时，则将会导致导电率大幅降低，进而影响复合金属整体的导电性。
作为优选，所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.08-0.3％、Zn0.88-1.25％、Ni0.32-0.42％、Si0.15-0.18％、Sn0.53-0.56％、Al0.20-0.24％、Ag0.02-0.024％，余量Cu及不可避免的杂质。
作为优选，铜合金中Ni与Si的质量比为2.2-2.8:1。在本发明外层的铜合金合金中Ni的主要作用为使组织细化，提高冲击韧性，特别是配合Si加入，可形成NiSi耐磨质点，提高材料的耐磨损性能，同时镍能在一定范围内扩大α相区，增加α相比例，对耐磨质点起到保护作用，防止耐磨质点在摩擦过程中大量脱落的现象，但过高的镍含量会造成α相过多，导致材料的机械性能下降，因此在本发明铜合金合金中加入镍和硅，且当Ni与Si的含量比控制在2.2-2.8:1时两者的效果更佳。
作为优选，所述外层的厚度为0.05-1mm。
上述的高导电性的复合金属的加工方法包括如下步骤：将铝合金溶液通过低压铸造成芯部；再将铜合金溶液沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得高导电性的复合金属。
作为优选，所述的低压铸造为将铝合金溶液直浇道注入模具中，注入压力逐步上升至0.28MPa，然后降至0MPa，脱模取出芯部。
进一步优选，注入压力上升及下降过程分为以下几个阶段：
升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；
充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；
结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；
增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；
保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；
卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa。
本发明芯部铝合金通过如上六阶段的铸造工艺铸造成型，进一步提高铝合金中组织的致密性，进而提高其导电率、力学性能。
作为优选，所述铜合金外层包括通过溅射沉积、热反应蒸发、脉冲激光沉积和其组合沉积在芯部表面。
与现有技术相比，本发明的复合金属选用导电性较好的铝合金作为芯部，在芯部表面包覆导电性能较好的铜合金，在保证复合金属材料的导电性的同时大幅度降低生产成本。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的厚度为0.05-1mm的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.65％、Si2.4％、Cu0.10％、Mg0.16％、Ti0.032％、B0.012％、Zr0.08％、V0.023％、Sc0.15％，余量为Al及不可避免的杂质；所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.18％、Zn1.05％、Ni0.38％、Si0.16％、Sn0.54％、Al0.22％、Ag0.022％，余量Cu及不可避免的杂质。
该实施例中的高导电性的复合金属通过如下方法制得：
将如上所述的铝合金熔成溶液并通过直浇道注入模具中，通过六阶段铸造成型：升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa；脱模取出得芯部。
再将如上所述的铜合金溶液通过溅射沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得本发明高导电性的复合金属。
实施例2
一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的厚度为0.05-1mm的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.2％、Si2.3％、Cu0.11％、Mg0.15％、Ti0.032％、B0.01％、Zr0.08％、V0.022％、Sc0.16％，余量为Al及不可避免的杂质；所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.3％、Zn0.88％、Ni0.42％、Si0.18％、Sn0.53％、Al0.24％、Ag0.02％，余量Cu及不可避免的杂质。
该实施例中的高导电性的复合金属通过如下方法制得：
将如上所述的铝合金熔成溶液并通过直浇道注入模具中，通过六阶段铸造成型：升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa；脱模取出得芯部。
再将如上所述的铜合金溶液通过热反应蒸发沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得本发明高导电性的复合金属。
实施例3
一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的厚度为0.05-1mm的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.6％、Si2.5％、Cu0.12％、Mg0.17％、Ti0.028％、B0.016％、Zr0.06％、V0.024％、Sc0.12％，余量为Al及不可避免的杂质；所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.08％、Zn1.25％、Ni0.35％、Si0.15％、Sn0.56％、Al0.20％、Ag0.024％，余量Cu及不可避免的杂质。
该实施例中的高导电性的复合金属通过如下方法制得：
将如上所述的铝合金熔成溶液并通过直浇道注入模具中，通过六阶段铸造成型：升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa；脱模取出得芯部。
再将如上所述的铜合金溶液通过热反应蒸发沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得本发明高导电性的复合金属。
实施例4
一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.5％、Si2.8％、Cu0.06％、Mg0.2％、Ti0.025％、B0.02％、Zr0.05％、V0.025％、Sc0.1％，余量为Al及不可避免的杂质，所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.06％、Zn1.5％、Ni0.30％、Si0.20％、Sn0.52％、Al0.25％、Ag0.01％，余量Cu及不可避免的杂质。
该实施例中的高导电性的复合金属通过如下方法制得：
将如上所述的铝合金熔成溶液并通过直浇道注入模具中，通过六阶段铸造成型：升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa；脱模取出得芯部。
再将如上所述的铜合金溶液通过溅射沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得本发明高导电性的复合金属。
实施例5
一种高导电性的复合金属，所述的复合金属包括铝合金芯部以及包覆在铝合金芯部表面的铜合金外层，所述的铝合金的组成成分及质量百分比为Fe0.7％、Si2.2％、Cu0.15％、Mg0.12％、Ti0.035％、B0.005％、Zr0.15％、V0.022％、Sc0.2％，余量为Al及不可避免的杂质，所述的铜合金的组成成分及质量百分比为Mn0.35％、Zn0.8％、Ni0.45％、Si0.12％、Sn0.58％、Al0.18％、Ag0.025％，余量Cu及不可避免的杂质。
该实施例中的高导电性的复合金属通过如下方法制得：
将如上所述的铝合金熔成溶液并通过直浇道注入模具中，通过六阶段铸造成型：升液阶段：升液阶段在前15s内，相对压力从0MPa上升至0.08MPa；充型阶段：充型阶段在第15-35s内，相对压力从0.08MPa上升到0.12MPa；结壳阶段：结壳在第35-50s内，相对压力从0.12MPa上升到0.15MPa；增压阶段：结壳在第50-70s内，相对压力从0.15MPa上升到0.28MPa；保压结晶阶段：保压结晶阶段在第20-250s内，相对压力保持在0.28MPa；卸压阶段：卸压阶段在第250-350s内，相对压力从0.28MPa降到0MPa；脱模取出得芯部。
再将如上所述的铜合金溶液通过热反应蒸发沉积到芯部表面形成铜合金外层，即得本发明高导电性的复合金属。
对比例1
现有技术中普通的铝合金。
对比例2
现有技术中普通的铜合金。
对比例3
单一合金，仅为实施例1中所述的铝合金。
对比例4
单一合金，仅为如实施例1中所述的铜合金。
对比例5
与实施例1中的区别仅在于，该对比例采用如实施例1中所述的铝合金通过普通加工方法成型。
表1：实施例1-5及对比例1-5中的合金的性能
综上所述，本发明的复合金属选用导电性较好的铝合金作为芯部，在芯部表面包覆导电性能较好的铜合金，在保证复合金属材料的导电性的同时大幅度降低生产成本。且本发明复合金属中芯部的铝合金配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，并通过六阶段的铸造工艺制成，进一步提高其导电率、耐磨性、力学性能。外层的铜合金配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，并通过六阶段的铸造工艺制成，进一步提高其导电率、耐磨性、力学性能。通过沉积方式将铜合金沉积在芯部表层，进一步提高铝合金与铜合金之间的结合力，进而提高复合金属的导电性、耐磨性及其他力学性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。