一种高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法技术

一种高强度高导电率铜基复合材料，为Cu‑Ag‑X三元复合材料，组成成分按重量百分比为：Ag为6～30％，金属X为0.1～6％，余量为Cu；其中，金属X为Nb、Cr或Mo；制备步骤包括：(1)制备合金铸锭；(2)均匀化热处理；(3)退火处理；(4)轧制或拉拔变形处理。通过在Cu‑Ag二元合金中添加一定量的Nb、Cr或Mo第三组元，利用弥散强化的方式强化合金；通过对合金施加合适温度和时间的热处理，控制Ag相的析出方式，促进Ag的连续析出；通过将铸态组织优化和变形结合，以纳米纤维强化和第三组元弥散强化相结合，提高材料强度的同时增大导电性能，获得综合性能较好的高强高导铜基材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法
本专利技术属于有色金属制备领域，特别涉及一种高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法。
技术介绍
高强度高导电率铜合金是一种重要的结构功能材料，主要用作接触线和集成电路引线框架材料等，尤其作为高强磁体线圈的绕组导线材料受到广泛关注。作为高强磁场线圈绕组导线的材料必须同时具备高强度(≥1GPa)和高导电性(≥70％IACS，IACS表示国际退火铜标准)。通常，随着Ag含量增高，Cu-Ag合金的强度增加，但导电性下降；同时，高Ag含量使得合金成本大幅增加。低Ag含量的Cu-Ag合金成本低且具有较好的导电性，但强度往往较低，无法满足要求。随着科学技术的进步和现代工业的发展，对铜合金的性能提出了更高的要求，然而强度的增加往往伴随导电性的降低，因此，如何进一步提高Cu-Ag合金的综合性能一直备受关注。由Cu-Ag相图可知，共晶温度(779℃)时Ag在Cu中的固溶度为8.0wt％，而室温时Ag在Cu中几乎没有固溶。因此，选用合适的热处理会促进过饱和Cu-Ag合金中Ag的非连续性或连续性析出。热处理温度和第三组元添加都能改变Ag析出相的析出，进而提高合金的综合性能。专利技术专利2008100507.6公布了一种利用固溶时效工艺改善Cu-Ag合金硬度和导电率的方法，主要通过对铸态Cu-(5～7)wt％Ag合金的固溶时效处理，改善合金原始组织形态，提高合金的硬度和电导率。专利技术专利200810060775.2、200710069339.7及美国专利技术专利US2567560公布了配合Cu-Ag合金冷拉拔加工的固溶和时效处理方法，主要通过在冷加工变形过程中施加热处理，改变合金中双相纤维组织的分布及其织构的强度和分布，从而调整并控制最终合金的强度与导电率之间的匹配关系。专利技术专利200510048639.8及201310614153.0公布了两种通过添加稀土和Zr第三组元制备原位纳米纤维增强的Cu-Ag-X三元合金的制备技术，主要通过第三组元的添加细化合金组织，并采用大变形和合理的热机械处理获得高强高导Cu基复合材料。然而，上述专利技术专利中并未提到以Nb、Cr或Mo作为第三组元制备三元复合材料的相关制备技术及方法。Nb、Cr和Mo均为体心立方结构，且自身具有较好的强化和导电性能，第三组元的添加增加了Cu-Ag合金中的弥散强化，从而使Cu-Ag合金的强度提高。同时Nb、Cr和Mo在铜中具有很低的固溶度，使得第三组元的添加并不会降低最终合金的导电性。另外通过对铸态及变形态合金的热处理工艺的控制，使Cu基体内的Ag析出相以有利于强度和导电性的连续性析出方式析出，获得具有较高强度和导电性的三元复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的问题，提出一种高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法。本专利技术以Nb、Cr或Mo作为第三组元添加至Cu-Ag复合材料中，配合适当的热处理制度，通过热处理控制三元复合材料中Ag的析出，从而控制合金组织形态，获得具有高强度与高导电性的铜基复合材料。本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料，为Cu-Ag-X三元复合材料，组成成分按重量百分比为：Ag为6～30％，金属X为0.1～6％，余量为Cu；其中，金属X为Nb、Cr或Mo。本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料铸态组织为Cu基体、Ag-Cu共晶相及弥散的Nb、Cr或Mo第三相颗粒；Cu基体中含有Ag析出相，Ag析出相存在两种析出方式，即非连续性析出和连续性析出。本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料的制备方法，按如下步骤进行：步骤1，制备合金铸锭：(1)抽真空，当感应炉内的压强小于等于0.1Pa时，充入氩气；(2)当感应炉内压强大于等于5×104Pa时，按上述质量百分比，熔炼Cu、Ag及第三组元Nb、Cr或Mo；熔炼条件为：(a)当第三组元为Nb时，加热至1650～1750℃，保温30～45min；(b)当第三组元为Cr时，加热至1600～1700℃，保温30～45min；(c)当第三组元为Mo时，加热至1700～1800℃，保温45～60min；(3)在氩气保护下，将熔融的合金冷却至室温，得到合金铸锭；步骤2，均匀化热处理：合金铸锭在氩气保护下，加热至600～780℃，保温10～72h；然后放入水中进行水淬；步骤3，退火处理：合金铸锭在氩气保护下，加热至200～500℃，保温0.5～16h，然后随炉冷却；步骤4，对合金铸锭进行轧制或拉拔变形处理，当变形量达到3～4时，进行热处理；最终变形量达到7～10时，停止轧制或拉拔变形处理，得到三元复合材料；其中，热处理温度为300～500℃，保温时间为0.5～4h，随炉冷却。所述的步骤1中，采用的设备为真空感应炉；所述的步骤2中，均匀化热处理所用的设备为电阻炉；水淬所用水的初始温度为室温；所述的步骤3中，退火处理所用设备为电阻炉；所述的步骤4中，轧制或拉拔变形处理中，每次变形量为0.2～0.3。本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：1.本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法，通过在Cu-Ag二元合金中添加一定量的Nb、Cr或Mo第三组元，利用弥散强化的方式强化合金。2.本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法，通过对合金施加合适温度和时间的热处理，控制Ag相的析出方式，促进Ag的连续析出。3.本专利技术的高强度高导电率铜基复合材料及其制备方法，通过将铸态组织优化和变形结合，以纳米纤维强化和第三组元弥散强化相结合，提高材料强度的同时增加导电性能，获得综合性能较好的高强高导铜基材料。附图说明图1本专利技术实施例1步骤3退火处理后合金铸锭的扫描电镜组织图；图2本专利技术实施例2步骤3退火处理后合金铸锭的扫描电镜组织图；图3本专利技术实施例7步骤3退火处理后合金铸锭的扫描电镜组织图；图4本专利技术实施例9制备的Cu-30Ag-6Mo复合材料垂直拉拔方向的透射电镜组织图。具体实施方式本专利技术实施例采用拉伸机检测复合材料的抗拉强度，采用四点探针法检测复合材料的导电率。实施例1一种高强度高导电率铜基复合材料，为Cu-6Ag-0.1Nb三元复合材料，组成成分按重量百分比为：Ag为6％，金属Nb为0.1％，余量为Cu。一种高强度高导电率铜基复合材料的制备方法，按如下步骤进行：步骤1，制备合金铸锭：(1)抽真空，当感应炉内的压强小于等于0.1Pa时，充入氩气；(2)当感应炉内压强大于等于5×104Pa时，按上述质量百分比，熔炼Cu、Ag及第三组元Nb；熔炼条件为：加热至1650℃，保温45min；(3)在氩气保护下，将熔融的合金冷却至室温，得到合金铸锭；步骤2，均匀化热处理：合金铸锭在氩气保护下，加热至600℃，保温72h；然后放入水中进行水淬；步骤3，退火处理：合金铸锭在氩气保护下，加热至200℃，保温16h，然后随炉冷却；步骤4，对合金铸锭进行轧制处理，每次变形量为0.2～0.3，当变形量达到3时，进行热处理；最终变形量达到10时，停止轧制处理，得到Cu-6Ag-0.1Nb复合材料；其中，热处理温度为300℃，保温时间为4h，随炉冷却。本实施例步骤3退火处理后合金铸锭的扫描电镜组织图如图1所示，由图可以看出，经过200℃热处理后的合金Cu基体内的Ag相以局部非连续的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高导电率铜基复合材料，为Cu‑Ag‑X三元复合材料，其特征在于，组成成分按重量百分比为：Ag为6～30％，金属X为0.1～6％，余量为Cu；其中，金属X为Nb、Cr或Mo。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导电率铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高强度高导电率铜基复合材料为Cu-Ag-X三元复合材料，成分按重量百分比为：Ag为6～30％，金属X为0.1～6％，余量为Cu；其中，金属X为Nb、Cr或Mo；方法按如下步骤进行：步骤1，制备合金铸锭：(1)抽真空，当感应炉内的压强小于等于0.1Pa时，充入氩气；(2)当感应炉内压强大于等于5×104Pa时，按上述质量百分比，熔炼Cu、Ag及第三组元Nb、Cr或Mo；熔炼条件为：(a)当第三组元为Nb时，加热至1650～1750℃，保温30～45min；(b)当第三组元为Cr时，加热至1600～1700℃，保温30～45min；(c)当第三组元为Mo时，加热至1700～1800℃，保温45～60min；(3)在氩气保护下，将熔融的合金冷却至室温，得到合金铸锭；步骤2，均匀化热处理：合金铸锭在氩气保护下，加热至600～780℃，保温10～72h；然后放入水中进行水...

【专利技术属性】
技术研发人员：左小伟，赵聪聪，王恩刚，张林，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21