一种超细晶结构的Cu-Ti系合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超细晶结构的Cu

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶结构的Cu-Ti系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Cu-Ti系合金及其制备方法，具体讲涉及一种超细晶结构的Cu-Ti系合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜及铜合金具有高强、高弹、高导及优异的导热性能。其中弹性铜合金作为重要的功能材料，主要用于制造各种导电弹性元件，导电弹性元件可被广泛应用于航天、电子、电力等领域中各类精密仪器的弹性部件。Cu-Be合金以优异的导电率和力学性能而著称，但其抗应力松弛能力差，而且Be元素及其化合物具有毒性，危害人类健康。随着人们环保意识的提高，无毒、无污染也已成为弹性铜合金材料发展的方向。Cu-Ti系合金是时效强化型铜合金，力学性能和物理性能可与Cu-Be合金相媲美，此外还具有较好的高温性能和抗应力松弛性能，是一类很有前景替代Cu-Be合金的材料。Cu-Ti系合金自上世纪30年代以来就为人所知，其力学性能和物理性能可与广泛应用的Cu-Be合金相媲美。此外，Cu-Ti系合金还具有较好的高温性能和抗应力松弛性能，优于Cu-Be合金。
[0003]随着高新技术的发展，新一代连接器材料对性能提出了更高的要求。强度和电导率一直是对立的存在，对于Cu-Ti系合金，同时满足高强度和高导电性能较难实现，如日矿金属C1990R的强度高达1400MPa，但是电导率只有10％IACS，C1990(HP)、NKT322、YCuT系列产品的强度在1000MPa左右，然而电导率仍然低于15％IACS。
[0004]Cu-Ti系合金为了获得较高的导电性能，通常采用提高时效温度或者延长保温时间来实现，这一方面降低了合金的强度，另一方面不可避免的导致了成本的增加。专利号为CN104278171的中国专利公开了一种采用二级时效工艺制备的Cu-Ti系合金带材。但其时效时间过长，工艺难度较大，成本较高。
[0005]细化晶粒或者降低析出相尺寸是提高金属材料强度和导电性的另一常用手段，同时还可以据此改善合金的折弯性能、抗高温软化性能、抗应力松弛性能等。专利号为CN101748308的中国专利公开了一种控制热轧、固溶和冷轧工艺细化晶粒的方法，然而细化后的晶粒尺寸仍然较高，在10～60μm。专利号为CN110218899的中国专利公开了一种通过添加微量Fe来抑制Cu-Ti合金固溶处理过程中晶粒的长大，同时添加Ag阻止在晶界处Ti的扩散，抑制析出相的聚集长大，细化析出相的技术方案，但该方案最终所得的板材性能的强度仍然低于1000MPa，电导率仍低于15％IACS。
[0006]现有Cu-Ti系合金的制备工艺主要流程为：铸锭
→
均匀化热处理
→
热轧
→
固溶
→
冷轧
→
时效(一级或者二级时效)
→
精整
→
分切
→
包装。在制备过程中，其中的热开坯是必要的步骤，这会导致后续板材晶粒粗大，最终的晶粒尺寸仍在10～50μm。
[0007]组分是影响晶粒尺寸的另一不可忽视的因素，虽然适当的细化剂或变质处理能够在一定程度上细化晶粒，但是很难获得细晶乃至超细晶结构的组织。
[0008]由于现有Cu-Ti系合金成分或者制备工艺存在的弊端，导致合金的综合性能满足不了电子电器工业的要求。因此，迫切需要开发一种强度高、导电性好、晶粒细化的Cu-Ti系
合金以满足新一代连接器材料的需求。

技术实现思路

[0009]为弥补现有技术的不足，本专利技术公开了一种强度高、导电性好、晶粒细化的Cu-Ti系合金及其制备方法，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0010]一种超细晶结构的Cu-Ti系合金包括按质量百分比计的下述组分：Ti 2-4％、Mg 0-2.5％、B 0-0.1％和La 0-0.1％，其余为Cu和不可避免的杂质。
[0011]进一步的，所述组分中0.05％≤B+La≤0.1％，杂质含量小于0.1％且所述杂质中O≤50ppm，N≤2ppm，H≤10ppm。
[0012]进一步的，所述合金的电导率为12.34-18.89％IACS；显微硬度为290.2-356.4HV；屈服强度为879-1076Mpa；抗拉强度为969-1187MPa；延伸率为7.3-13.2％；弹性模量为126.7-130.5GPa。
[0013]进一步的，所述合金的晶粒大小为0.22～0.41μm。
[0014]上述任一项所述的超细晶结构的Cu-Ti系合金的制备方法包括：
[0015]1)所述组分配料后进行熔铸，冷却得铸锭；
[0016]2)铣面所述铸锭，均匀化热处理并水冷；
[0017]3)铣面步骤2)所得物料后冷开坯；
[0018]4)对步骤3)所得物料依次固溶、冷粗轧、时效和冷精轧处理。
[0019]进一步的，所述均匀化热处理包括：在保护气氛下，于700-900℃下热处理4-24小时。
[0020]进一步的，所述冷开坯的总变形量为50-80％。
[0021]进一步的，所述固溶处理包括在800-900℃下保温1-4小时；所述冷粗轧处理的总变形量为50-60％；所述时效包括在300-500℃下处理1-24小时。
[0022]与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：
[0023]1)本专利技术提供的技术方案通过合理的成分设计，改进的制备工艺，获得了具有超细晶结构的合金组织，同时又控制了形变热处理工艺，使得第二相分布均匀，从而使合金的强度和导电性得到了优化，获得了综合性能优异的Cu-Ti系合金，其电导率为12.34-18.89％IACS、显微硬度290.2-356.4HV、屈服强度879-1076Mpa、抗拉强度969-1187MPa、延伸率7.3-13.2％、弹性模量126.7-130.5GPa，本专利技术提供的方案所得的Cu-Ti系合金有效克服了现有技术中高电导率、高强度和小晶粒尺寸不能共存的弊端，极大满足了电子电器工业对新一代连接器材料的性能要求。
[0024]2)本专利技术提供的技术方案通过添加Mg、B、La元素，不仅可以除气造渣、改善熔体质量，还减小了缩松、缩孔的形成，从而获得了高质量铸锭，进一步改善了合金加工性能，提高了合金的综合性能。
[0025]3)本专利技术提供的技术方案通过熔铸、均匀化热处理、冷开坯、固溶、冷粗轧、时效、冷精轧得到最终态合金，在对其高温处理(800-900℃)后，再进行固溶处理，这一工艺使合金组织得到了充分优化，而随后进行的冷变形及较低温度(350-450℃)下的时效处理，又减少了回复和再结晶过程的过早出现，这不仅有利于超细晶组织的形成，又为较高密度的位错胞和位错墙提供了较长的存在时间，而在时效处理中，又为Cu4Ti第二相的析出提供了能
量和形核质点，从而获得了分布均匀的纳米级的第二相，又进一步提高了合金的强度和导电性。
附图说明
[0026]图1本专利技术提供的实施例7对应合金的TEM形貌照片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细晶结构的Cu-Ti系合金，其特征在于，所述合金包括按质量百分比计的下述组分：Ti 2-4％、Mg 0-2.5％、B 0-0.1％和La 0-0.1％，其余为Cu和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的一种超细晶结构的Cu-Ti系合金，其特征在于，所述组分中0.05％≤B+La≤0.1％，杂质含量小于0.1％且所述杂质中O≤50ppm，N≤2ppm，H≤10ppm。3.如权利要求1所述的一种超细晶结构Cu-Ti系合金，其特征在于，所述合金的电导率为12.34-18.89％IACS；显微硬度为290.2-356.4HV；屈服强度为879-1076Mpa；抗拉强度为969-1187MPa；延伸率为7.3-13.2％；弹性模量为126.7-130.5GPa。4.如权利要求1所述的一种超细晶结构的Cu-Ti系合金，其特征在于，所述合金的晶粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虎，娄花芬，莫永达，王云鹏，
申请(专利权)人：中铝材料应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：