一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法技术

本发明专利技术公开了属于铜微观复合材料制备技术领域的一种高强度高导电性能Cu‑Nb合金坯料的制备方法。所述高强度高导电性能Cu‑Nb合金为Cu‑Nb二元合金，以纯铜锭80‑98wt％，纯铌锭1‑17wt％，纯铌粉末1‑3wt％的配比为原料，采用固‑液双相凝固结合半固态铸造技术，并将纯铌粉末加入合金熔体，在快速凝固过程中形成富Nb的固溶体，并通过拉拔、轧制工艺制备出显微组织细化致纳米级别的Cu‑Nb合金坯料，为显微组织细化工艺奠定了基础。其抗拉强度1300‑1700MPa，导电率高于75％IACS，该合金坯料的晶粒尺寸为1‑30μm，能够大大提高这种合金丝材、薄带材料的制备效率。大大拓展了这种材料的应用领域。

A preparation method of high strength and high conductivity Cu Nb alloys

The invention discloses a method for preparing high strength and high conductivity copper alloy billets Cu Nb belongs to the micro composite material preparation technology field. The high strength and high conductivity of Cu Nb Cu Nb alloy for two element alloy, copper ingots 80 YISHION 98wt% 1 17wt% pure NB ingot, pure niobium powder 1 3wt% ratio as raw materials by solid liquid two phase solidification with semi solid casting technology, and the pure niobium powder alloy the melt, forming a solid solution of Nb rich in rapid solidification process, and through the rolling process of drawing, preparation of Cu Nb alloy billet microstructure induced by nano level, which laid the foundation for the microstructure refinement process. The tensile strength of 1300 1700MPa, the conductivity is higher than 75%IACS, the grain size of the alloy is 1 30 m, can greatly improve the alloy wire and strip material preparation efficiency. It has greatly expanded the field of application of this material.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法
本专利技术属于铜微观复合材料制备
特别涉及一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法。
技术介绍
高强高导铜基合金是一类具有优良综合性能的结构功能材料，广泛应用于电力、电子、冶金、机械等工业领域。现代科学技术的发展对铜基导电材料的综合性能提出了一系列更高的要求：大规模集成电路引线框架要求材料的抗拉强度高于600MPa，导电率高于80％IACS，随着电气化铁路向高速、重载方向发展，对接触线/架空线的强度提出了更高的要求，列车时速为350km/h时要求接触线抗拉强度高于530MPa、导电率超过78％IACS(InternationalAnnealedCopperStandard国际退火铜标准)，建造一个100T的脉冲磁场，要求线圈材料的强度高于1500MPa，导电率高于60％IACS。因此，高强度高导电铜基合金材料成为近年来的研究热点之一。以Cu-Nb、Cu-Ag为代表的铜微观复合材料具有较高的导电率和抗拉强度，被磁体专家一致认为是最有可能实现100T脉冲强磁场的导体材料。集束拉拔法制备的Cu-Nb微观复合材料获得的超高强度远远高于按混合法则计算所得的强度值，且由于Nb在Cu中的固溶度极低，Cu与Nb的弹性性能十分接近，所以还可能获得高的导电性和韧性，因此Cu-Nb微观复合材料将成为脉冲强磁场导体材料的研究重点。Cu-Nb复合材料作为强磁场应用材料，其苛刻的应用环境(强磁场、超高温高应力等)要求材料具有强度和导电导热等性能的良好结合。现有的研究表明，当组织结构达到纳米尺寸，Cu-Nb复合材料可获得高强度、高导电性。但是进一步减小尺寸，由于界面运动变形机制的开动，材料可能出现软化现象，此时Cu-Nb界面的热稳定性相对块体材料较弱，强度亦可能下降。目前对这整个过程的强化及软化机制的认识还未完善。因此提高纳米尺度下Cu-Nb界面的稳定性，深入分析研究材料强化机制是未来Cu-Nb复合材料研究领域亟待解决的问题之一。在实际应用领域，国内的某强脉冲实验室投入使用并突破了90T强磁场大关，但是目前仍然存在一些技术瓶颈有待进一步研究和解决。例如，仍无法实现大批量化，生产周期长，拉拔过程径向受力差异导致Nb纤维硬化程度不均一等。为解决Cu-Nb合金材料制备领域存在的技术问题，本专利技术公布了一种直接制备细晶Cu-Nb合金坯料的方法，可通过拉拔、轧制等工艺更加高效地制备出显微组织细化致纳米级别的Cu-Nb合金线材或者带材。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法，其特征在于，所述高强度高导电性能Cu-Nb合金为Cu-Nb二元合金，其主要成分为：Cu元素为80-98wt％，Nb元素为2-20wt％；采用固-液双相凝固结合半固态铸造技术，并将纯铌粉末加入合金熔体，在快速凝固过程中形成富Nb的固溶体，并通过拉拔、轧制工艺制备出显微组织细化致纳米级别的Cu-Nb合金坯料，其抗拉强度1300-1700MPa，导电率高于75％IACS，该合金坯料的晶粒尺寸为1-30μm，能够大大提高这种合金丝材、薄带材料的制备效率。一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法的具体工艺步骤包括：(1)合金的熔炼及固-液混合：以纯铜锭、纯铌锭、纯铌粉末为原料，其成分组成为纯铜锭为80-98wt％，纯铌锭为1-17wt％，纯铌粉末为1-3wt％；其中纯铌粉末的颗粒直径为0.5-30μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物；首先，将纯铜锭和纯铌锭混合后加热至1300-1700℃，使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面，并且将纯铌粉末加入合金熔体；(2)熔体搅拌：采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌1-5min，同时将合金熔体温度降低至1200-1600℃并且保温10-15min，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织；(3)快速冷却：上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以100-200℃/min的速度冷却至室温，得到高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料。本专利技术的有益效果是本专利技术采用固-液双相凝固结合半固态铸造技术，在Cu-Nb合金熔体中加入纯铜粉末，并且搅拌形成半固态组织，显著细化合金铸态显微组织，并且使Nb更多地固溶与Cu基体中，为后续变形过程中的显微组织细化工艺奠定了基础。可以直接制备出晶粒尺寸细小的大规格Cu-Nb合金坯料，能够一方面大大提高Cu-Nb合金丝材、带材等制品的加工效率，还能够制备出更多规格的Cu-Nb合金材料制品，其抗拉强度1300-1700MPa，导电率高于75％IACS，大大拓展了这种材料的应用领域。具体实施方式本专利技术提供一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法，所述高强度高导电性能Cu-Nb合金为Cu-Nb二元合金，其主要成分为：Cu元素为80-98wt％，Nb元素为2-20wt％；采用固-液双相凝固结合半固态铸造技术，并且将纯铌粉末加入合金熔体，在快速凝固过程中形成富Nb的固溶体，并通过拉拔、轧制工艺制备出显微组织细化致纳米级别的Cu-Nb合金坯料，其抗拉强度1300-1700MPa，导电率高于75％IACS，该合金坯料的晶粒尺寸为1-30μm，能够大大提高这种合金丝材、薄带材料的制备效率。下面列举实施例予以说明。实施例1：Cu-2Nb合金制备Cu-2Nb合金，包括如下步骤：(1)合金的熔炼及固-液混合：以纯铜锭、纯铌锭、纯铌粉末为原料，按照纯铜锭为98wt％，纯铌锭为1wt％和纯铌粉末为1％配料，其中所述的纯铌粉末的颗粒直径为30μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯铌锭混合后加热至1300℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面，并且将纯铌粉末加入合金熔体；(2)熔体搅拌：采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌5min，同时将合金熔体温度降低至1200℃并且保温15min，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织；(3)快速冷却：上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以190℃/min的速度冷却至室温，得到Cu-2Nb合金；其显微组织其平均晶粒直径为30μm，其抗拉强度1300-1700MPa，导电率高于75％IACS。实施例2：Cu-5Nb合金制备Cu-5Nb合金，包括如下步骤：(1)合金的熔炼及固-液混合：以纯铜锭、纯铌锭、纯铌粉末为原料，按照纯铜锭为95wt％，纯铌锭为4wt％，纯铌粉末为1wt％配料，其中所述的纯铌粉末的颗粒直径为10μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯铌锭混合后加热至1400℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面，并且将纯铌粉末加入合金熔体。(2)熔体搅拌：随后，立即采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌1-5min，同时将合金熔体温度降低至1350℃并且保温15min，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织。(3)快速冷却：上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以100-200℃/min的速度冷却至室温，得到Cu-5Nb合金；其显微组织其平均晶粒直径为15μm，其抗拉强度1300-1700MPa，导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高导电性能Cu‑Nb合金坯料的制备方法，其特征在于，所述高强度高导电性能Cu‑Nb合金为Cu‑Nb二元合金，其主要成分为：Cu元素为80‑98wt％，Nb元素为2‑20wt％；采用固‑液双相凝固结合半固态铸造技术，并将纯铌粉末加入合金熔体，在快速凝固过程中形成富Nb的固溶体，并通过拉拔、轧制工艺制备出显微组织细化致纳米级别的Cu‑Nb合金坯料，其抗拉强度1300‑1700MPa，导电率高于75％IACS，该合金坯料的晶粒尺寸为1‑30μm，能够大大提高这种合金丝材、薄带材料的制备效率。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法，其特征在于，所述高强度高导电性能Cu-Nb合金为Cu-Nb二元合金，其主要成分为：Cu元素为80-98wt％，Nb元素为2-20wt％；采用固-液双相凝固结合半固态铸造技术，并将纯铌粉末加入合金熔体，在快速凝固过程中形成富Nb的固溶体，并通过拉拔、轧制工艺制备出显微组织细化致纳米级别的Cu-Nb合金坯料，其抗拉强度1300-1700MPa，导电率高于75％IACS，该合金坯料的晶粒尺寸为1-30μm，能够大大提高这种合金丝材、薄带材料的制备效率。2.根据权利要求1所述一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤包括：(1)合金的熔炼及固-液混合：以纯铜锭、纯铌锭、纯铌粉末为原料，其成分组成为纯铜锭为80-98wt％，纯铌锭为1-17wt％，纯铌粉末为1-3wt％；其中纯铌粉末的颗粒直径为0.5-30μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物；首先，将纯铜锭和纯铌锭混合后加热至1300-1700℃，使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面，并且将纯铌粉末加入合金熔体；(2)熔体搅拌：采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌1-5min，同时将合金熔体温度降低至1200-1600℃并且保温10-15min，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织；(3)快速冷却：上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以100-200℃/min的速度冷却至室温，得到高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料。3.一种高强度高导电性能Cu-Nb合金坯料的制备方法，其特征在于，具体制备Cu-10Nb合金包括如下步骤：(1)合金的熔炼及固-液混合：以纯铜锭、纯铌锭、纯铌粉末为原料，按照纯铜锭为90wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：解国良，王强松，刘冬梅，刘芳，苑伟，张嘉凝，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11