本发明属于合金材料技术领域，涉及一种适合于强度、导电性、热稳定性均有很高要求的高强度、高导电、高热稳定性的铜合金，具体涉及一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金及其制备方法。
背景技术：
铬锆铜系铜合金是一类应用较为广泛的高导电性能合金，目前广泛应用于螺旋弹簧触指、集成电路引线框架、电车及电力机车接触线等工业领域，其主要特点是具有较高的电导率，但强度偏低。
螺旋弹簧触指是近些年才出现的一种新型可动电接触触头。传统用于制备螺旋弹簧触指的铬锆铜合金强度为400～500mpa，导电性为75～80％iacs，相比于市面其他两种螺旋弹簧触指铜合金材料cube2(强度1100～1580mpa，导电性18～24％iacs，铍有毒)、cuco2be(强度750～970mpa，导电性58～62％iacs，铍有毒)，铬锆铜表现出导电性好、无污染的性能特点，但存在强度低的瓶颈，由于技术限制目前国内使用的铬锆铜丝材目前大部分都依赖进口，价格也是三种丝材中最贵的，比国内铍铜贵约20％，是国产铬锆铜的3倍。
引线框架铜合金材料是集成电路的主要组成部分之一，起连接传输电信号、散热等功用。随着集成电路向大规模和超大规模发展，引线框架铜带要求抗拉强度超过600mpa，导电率大于80％iacs，抗软化温度大于527℃。目前已开发的引线框架铜基合金主要有cufep系，cunisi系、cucrzr系等，这些合金材料虽能满足一定的需求，但仍存在整体性能不佳等缺点。
长脉冲强磁场技术和高速电气化铁路的发展，对磁场导体和电力接触线材料性能提出了新的要求，需要高强度、高导电性和高导热性的良好结合。其性能要求是抗拉强度＞700mpa，导电率＞75％，使用温度在300℃时抗拉强度下降率在10％以下。
中国专利cn105543540a公开了一种铬锆铜合金及其制备方法，该类合金是传统的低铬(0.7～2.0％)铬锆铜合金，抗拉强度＞520mpa，导电率≥90％iacs，350℃高温抗拉强度＞390mpa，其导电率虽好，但抗拉强度和高温稳定性偏低。中国专利cn102912178a公开的一种高强高导稀土铜合金及其制备方法，该类合金是传统的低铬(0.2～1.0％)稀土铜合金，抗拉强度＞550mpa，硬度＞150hv，导电率＞80％iacs，软化温度＞450℃，其导电率虽好，但硬度、抗拉强度和高温稳定性偏低。中国专利cn101225486a公开的一种铜基原位复合材料及其制备方法，合金包含6～16％的铬；0.02～0.2％的锆、其余为铜。其熔炼时直接添加锆单质，并对铬、锆、铜三种单质元素同时进行混合熔炼，之后对铸锭先热锻后固溶的工艺路线，所得铬锆铜材料抗拉强度为850～1300mpa，导电率70～80％iacs，软化温度500～550℃，强度虽高，但导电率和软化温度欠佳。
因此为能很好的满足螺旋弹簧触指、超大规模集成电路引线框架、强脉冲高强磁场和高速电气化铁路等工业领域对铜合金材料的苛刻要求，实有必要提供一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金及其制备方法。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金及其制备方法，这种材料兼具高强高导电、热稳定性好、无污染等优点，显著提高了铬锆铜合金材料的综合性能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，以重量百分比计，包含如下组分：9～14％的铬，0.24～0.6％的锆，0.006～0.019％的镁，0.008～0.13％的x，余量为铜；x为硒、镍、硅和铁中的任一种或几种。
优选的，抗拉强度为850～950mpa；导电率为82％～90％iacs；显微硬度为170～230hv0.1；软化温度为610～630℃。
一种权利要求1所述高强高导高热稳定性铬锆铜合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，原材料装炉；将铬、铜和镁，以及硒、镍、硅和铁中的任一种或几种一同置于坩埚中；并将锆和坩埚分别置于炉内；
步骤2，将温度升至100～200℃，加热坩埚，抽真空，充入保护气体，升温至1150～1200℃，熔炼铜23～30min，静置5～10min；
步骤3，继续升温至1510～1580℃，待铬熔清，保温静置5～10min；
步骤4，将锆加入坩埚中，待锆熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固时，抽真空，并充保护气体后升温，同时电磁搅拌至熔液再次熔清后，降温至1300～1400℃时将熔液浇入炉中的模具内，得到铸坯；
步骤5，在保护气体氛围中炉冷至400～500℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
优选的，步骤1中铜选用无氧铜，在步骤1之前还包括无氧铜的清洗步骤，具体为将无氧铜置于金属清洗液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干无氧铜；所述金属清洗液由粉末状金属清洗剂与35～40℃热水以1:(45～50)质量比配制而成。
优选的，步骤2中，待真空度达到(1～7)×10-2pa后，充入氩气至0.01～0.04mpa。
优选的，步骤4中，熔清熔液表皮开始凝固时抽真空至2～2.5pa，并充氩气至0.05～0.08mpa后升温。
优选的，还包括步骤6均匀化退火：将步骤5得到的铸锭加热至910～970℃，保温1.5～3h。
进一步的，还包括步骤7水封挤压：将步骤6均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为840～930℃，挤压变形量62％～78％，得到棒坯。
进一步的，还包括步骤8冷轧：将步骤7得到的棒坯进行冷轧。
进一步的，还包括步骤9拉拔变形和时效处理：将步骤8得到的棒坯进行拉拔变形，变形量为15％～50％，之后在退火温度为460～540℃下保温0.5～1.5h进行时效处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过合理的合金成分设计，提高铬组分的含量，并调整其他组分及其含量，获得高强度(850～950mpa)、高导电(82％～90％iacs)、热稳定性好(软化温度610～630℃)的铜合金，特别适合于对强度、导电性和热稳定性均有很高要求的场合，能满足螺旋弹簧触指、引线框架、电车及电力机车接触线等工业领域对铜合金性能的苛刻要求。
本发明中，铬锆铜合金材料利用原位真空熔铸工艺制备，优选合金熔炼工艺和成型技术，层次化熔炼，即通过温度梯度和原料加入方式的设计实现铜、铬和锆分别熔炼的目的，材料利用率高、烧损小等优点；所得铬锆铜合金材料无偏析，微观组织均匀，综合性能好，可用于多种工业领域。同时该铜合金材料用料简单、造价低，工艺简洁，环境无污染，综合性能好，性价比高，适合大规模工业生产，可打破进口垄断，对电力、电子、电器器材和器件的高性能化起带动作用，将产生可观的经济效益。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含以下重量百分比的组分：铬9～14％，锆0.24～0.6％，镁0.006～0.019％，x0.008～0.13％，余量为铜；x为硒、镍、硅和铁中的任一种或几种。
所述高强高导高热稳定性铬锆铜合金，抗拉强度为850～950mpa，导电率为82％～90％iacs，显微硬度为170～230hv0.1，软化温度为610～630℃。
所述高强高导高热稳定性铬锆铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：
1)将铜置于由粉末状金属清洗剂与35～40℃热水以1:(45～50)质量比配制而成的金属清洗溶液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干铜。
2)原材料装炉：将坩埚在电阻炉内预热至80～110℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于坩埚底部，并放入镁粒和步骤1)的铜，及硒、镍、硅和铁中的任一种或几种；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将坩埚和装配好冒口的模具后置入炉体中，封炉。
3)升温至100～200℃，加热坩埚，抽真空除气，待真空度达到(1～7)×10-2pa后，充入氩气至0.01-0.04mpa，升温至1150～1200℃，熔炼铜23～30min，并静置5～10min。
4)继续升温至1510～1580℃，待铬熔清，保温静置5～10min。
5)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入坩埚中，锆熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2～2.5pa，并充氩气至0.05～0.08mpa后升温，同时电磁搅拌至熔液再次熔清后，降温至1300～1400℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
6)在氩气保护下炉冷至400～500℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至910～970℃，保温1.5～3h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为840～930℃，挤压变形量62％～78％，得到棒坯。
(4)冷轧：将经步骤(3)得到的棒坯进行冷轧，减小界面尺寸。
(5)拉拔变形和去应力退火：将经步骤(4)得到的棒坯进行拉拔变形，变形量为15％～50％，之后在退火温度为460～540℃下保温0.5～1.5h进行时效处理；所述拉拔变形和时效处理的方法具体为：先进行第一次拉拔变形，变形量为18％～25％，在温度为460～540℃下保温0.5～1.5h进行时效处理；接着进行第二次拉拔变形，变形量为20％～50％，在温度为460～540℃下保温0.5～1.5h进行时效处理；然后进行第三次拉拔变形，变形量为15％～30％，在温度为460～540℃下保温0.5～1.5h进行时效处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含以下重量百分比的组分：9％的铬，0.3％的锆，0.006％的镁，0.013％的镍，余量为铜。
其制备方法为：
(1)熔炼：
1)将工业高纯阴极铜杆置于由粉末状金属清洗剂与35℃热水以1:45质量比配制而成的金属清洗溶液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干工业高纯阴极铜杆。
2)原材料装炉：将镁砂坩埚在电阻炉内预热至100℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于镁砂坩埚底部，并放入镁粒、镍和步骤1)的工业高纯阴极铜杆；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将镁砂坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
3)升温至150℃，加热镁砂坩埚，抽真空除气，待真空度达到5.0×10-2pa后，充入氩气至0.03mpa，温度升至1150℃，熔炼铜30min，并静置10min。
4)继续升温至1510℃，待铬粉熔清，保温静置10min。
5)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入镁砂坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.3pa，并充氩气至0.07mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，降温至1350℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
6)在氩气保护下炉冷至440℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至920℃，保温1.5h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为850℃，挤压变形量62％，得到棒坯。
(4)冷轧：将经步骤(3)得到的棒坯进行冷轧，减小界面尺寸。
(5)拉拔变形和时效处理：将经步骤(4)得到的棒坯进行第一次拉拔变形，变形量为20％，在温度为480℃下保温0.5h进行时效处理；接着进行第二次拉拔变形，变形量为30％，在温度为480℃下保温0.5h进行时效处理；然后进行第三次拉拔变形，变形量为20％，在温度为480℃下保温0.5h进行时效处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
实施例2
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含由以下重量百分比的组分：10％的铬，0.24％的锆，0.017％的镁，0.008％的硒和铁，余量为铜。
其制备方法为：
(1)熔炼：
1)将工业高纯阴极铜杆置于由粉末状金属清洗剂与38℃热水以1:48质量比配制而成的金属清洗溶液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干工业高纯阴极铜杆。
2)原材料装炉：将镁砂坩埚在电阻炉内预热至80℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于镁砂坩埚底部，并放入镁粒、硒、铁和步骤1)的工业高纯阴极铜杆；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将镁砂坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
3)升温至100℃下加热镁砂坩埚，抽真空除气，待真空度达到1.0×10-2pa后，充入氩气至0.02mpa，升温至1150℃，熔炼铜30min，并静置10min。
4)继续升温至1510℃，待铬粉熔清，保温静置10min。
5)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入镁砂坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.0pa，并充氩气至0.08mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，降温至1350℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
6)在氩气保护下炉冷至440℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至950℃，保温2h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为880℃，挤压变形量68％，得到棒坯。
(4)冷轧：将经步骤(3)得到的棒坯进行冷轧，减小界面尺寸。
(5)拉拔变形和时效处理：将经步骤(4)得到的棒坯进行第一次拉拔变形，变形量为18％，在温度为460℃下保温0.5h进行时效处理；接着进行第二次拉拔变形，变形量为20％，在温度为460℃下保温0.5h进行时效处理；然后进行第三次拉拔变形，变形量为15％，在温度为460℃下保温0.5h进行时效处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
实施例3
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含以下重量百分比的组分：12％的铬，0.24％的锆，0.012％的镁，0.008％的镍和硅，余量为铜。
其制备方法为：
(1)熔炼：
1)原材料装炉：将坩埚在电阻炉内预热至90℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于坩埚底部，并放入镁粒、镍、硅和铜；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
2)温度为200℃下加热坩埚，抽真空除气，待真空度达到7.0×10-2pa后，充入氩气至0.04mpa，升温至1160℃，熔炼铜25min，并静置8min。
3)继续升温至1570℃，待铬粉熔清，保温静置7min。
4)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.5pa，并充氩气至0.05mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，降温至1400℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
5)在氩气保护下炉冷至500℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至950℃，保温3h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为880℃，挤压变形量75％，得到棒坯。
(4)冷轧：将经步骤(3)得到的棒坯进行冷轧，减小界面尺寸。
(5)拉拔变形和时效处理：将经步骤(4)得到的棒坯进行第一次拉拔变形，变形量为23％，在温度为520℃下保温1h进行时效处理；接着进行第二次拉拔变形，变形量为50％，在温度为520℃下保温1h进行时效处理；然后进行第三次拉拔变形，变形量为23％，在温度为520℃下保温1h进行时效处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
实施例4
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含由以下重量百分比的组分：14％的铬，0.3％的锆，0.018％的镁，0.07％的硒，余量为铜。
其制备方法为：
(1)熔炼：
1)将无氧铜置于由粉末状金属清洗剂与40℃热水以1:50质量比配制而成的金属清洗溶液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干无氧铜。
2)原材料装炉：将坩埚在电阻炉内预热至110℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于坩埚底部，并放入镁粒、硒和步骤1)的无氧铜；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
3)升温至180℃下加热坩埚，抽真空除气，待真空度达到3.0×10-2pa后，充入氩气至0.01mpa，升温至1200℃，熔炼铜28min，并静置8min。
4)继续升温至1580℃，待铬粉熔清，保温静置5min。
5)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.0pa，并充氩气至0.07mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，当温度降温至1400℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
6)在氩气保护下炉冷至500℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至970℃，保温1.5h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为930℃，挤压变形量78％，得到棒坯。
(4)冷轧：将经步骤(3)得到的棒坯进行冷轧，减小界面尺寸。
(5)拉拔变形和时效处理：将经步骤(4)得到的棒坯进行第一次拉拔变形，变形量为25％，在温度为540℃下保温1.5h进行时效处理；接着进行第二次拉拔变形，变形量为40％，在温度为540℃下保温1.5h进行时效处理；然后进行第三次拉拔变形，变形量为25％，在温度为540℃下保温1.5h进行时效处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
实施例5
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含由以下重量百分比的组分：10％的铬，0.6％的锆，0.019％的镁，0.13％的镍，余量为铜。
其制备方法为：
(1)熔炼：
1)原材料装炉：将镁砂坩埚在电阻炉内预热至90℃左右后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于镁砂坩埚底部，并放入镁粒和工业高纯阴极铜杆；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将镁砂坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
2)升温至200℃下加热镁砂坩埚，抽真空除气，待真空度达到5.0×10-2pa后，充入氩气至0.03mpa，提升温度至1200℃熔炼铜23min，并静置5min。
3)继续升温至1565℃，待铬粉熔清，保温静置5min。
4)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入镁砂坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.3pa，并充氩气至0.07mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，降温至1300℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
5)在氩气保护下炉冷至400℃，铸坯出炉，水冷至室温，得到铸锭。
(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铸锭加热至910℃，保温2.5h。
(3)水封挤压：将经步骤(2)均匀化退火后的铸锭进行水封挤压，水封挤压时淬火温度为840℃，挤压变形量70％，得到棒坯，再经后续处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
实施例6
一种高强高导高热稳定性铬锆铜合金，包含由以下重量百分比的组分：11％的铬，0.5％的锆，0.008％的镁，0.1％的硅和铁，余量为铜。
其制备方法为：
1)将铜置于由粉末状金属清洗剂与40℃热水以1:50质量比配制而成的金属清洗溶液中，用棉刷除去表面油污，后用清水洗净并用压缩空气枪吹干铜。
2)原材料装炉：将坩埚在电阻炉内预热至100℃后取出，将称量好的铬粉用铜箔包裹并置于坩埚底部，并放入镁粒和步骤1)的铜；后用铜丝将包裹锆粉的铜包悬挂于捣料杆上；将坩埚和装配好冒口的模具置入炉体中，封炉抽真空。
3)温度为150℃下加热坩埚，抽真空除气，待真空度达到5.0×10-2pa后，充入氩气至0.03mpa，升温至1170℃，熔炼铜28min，并静置6min。
4)继续升温至1530℃，待铬粉熔清，保温静置6min。
5)将步骤2)中捣料杆上的锆粉加入坩埚中，锆粉熔清后，降温至熔清熔液表皮开始凝固，抽真空至2.3pa，并充氩气至0.07mpa后升温，同时电磁搅拌待熔液再次熔清后，降温至1350℃时将熔液浇入模具，得到铸坯。
6)在氩气保护下炉冷至470℃，铸坯出炉，水冷至室温，再经后续处理，得到高强高导高热稳定性铬锆铜合金，合金性能见表1。
表1实施例1-6得到的高强高导高热稳定性铬锆铜合金性能
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。