一种铜基合金材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基合金材料及其制备方法和应用，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％；具体的，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质；本发明专利技术以固溶的方式在铜基体中加入一种或多种其它合金元素，形成过饱和固溶体，通过时效处理，将溶解在铜基体中的合金元素与基体结合，以化合物的形式析出，从而增强铜基体，通过位错和晶界，提高铜合金的强度和导电性能。提高铜合金的强度和导电性能。提高铜合金的强度和导电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基合金材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于金属合金材料
，具体涉及一种铜基合金材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铜合金具有高导电性和导热性、优异的耐腐蚀性和良好的机械性能，广泛应用于机械、电子工业、电磁继电器、引线框架等领域。高强度强度铜合金主要用来制造各种精密的仪器仪表和机械制造物品，广泛应用于汽车、航空、航天、仪器仪表、电力等领域。
[0003]尽管纯铜的导电性能很好，但是由于纯铜的硬度和强度太低，还是无法直接作为精密仪器仪表和/或精密机械零部件的材料使用。因此，往往通过加入一定的微量元素形成合金达到精密仪器仪表和/或精密机械零部件材料所需的性能，铜合金的强化机制主要有固溶强化、细晶强化、形变强化、析出相强化。但是目前制备的铜基合金材料仍然不能同时满足导电性能和高强度的要求，限制了其应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种铜基合金材料及其制备方法和应用，通过加入合金元素和进行固溶时效处理来改善铜合金的性能，最终使合金具有高强度和较高电导率。
[0005]本专利技术为达到上述技术目的，所采用的技术方案如下：
[0006]第一方面：
[0007]一种铜基合金材料，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之和为2.2％；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％。专利技术人发现当镍、锡与铬的含量之比为10:9:3，且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％，合金强度是最高的，低于或者高于这一值时，其力学性能均有所降低，这可能是由于镍、锡与铬三种元素满足这一条件时在提高合金强度方面具有一定的协同增效作用。
[0008]作为进一步的优选，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。
[0009]作为进一步的优选，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.5％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。元素组成在这一比例时，本专利技术的合金具有最优异的综合性能。
[0010]第二方面：
[0011]一种铜基合金材料的制备工艺，包括如下工艺步骤：按比例配制原料，然后对原料进行熔炼、均匀化退火、固溶、冷轧以及时效处理；
[0012]所述固溶过程在惰性气体保护下进行，960℃保温90min；所述时效处理在惰性气体保护下进行，先升温至400～550℃后，再保温10～120min，最后随炉冷却至室温。
[0013]作为进一步的优选，所述熔炼为真空熔炼，感应炉抽到真空度6.67
×
10
‑3Pa，通入氩气至0.6atm。
[0014]作为进一步的优选，所述均匀化退火在井式电阻炉或箱式电阻炉内进行。
[0015]作为进一步的优选，所述原料为99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu
‑
33％Ti中间合金、纯Cr。
[0016]作为进一步的优选，所述固溶过程中的惰性气体为氩气；所述时效处理过程中的惰性气体为氩气。
[0017]第三方面：
[0018]本专利技术提供了上述铜基合金材料在制备精密仪器仪表和/或精密机械零部件方面的应用。
[0019]本专利技术中使用的术语“固溶处理”是指固溶体凝固时，平衡转变受到抑制，得到亚稳态的过饱和固溶体单相组织的过程。
[0020]本专利技术中使用的术语“均匀化退火”是指“扩散退火”，为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火。扩散退火的工艺过程是在适当的加热温度下长时间保温，然后再缓慢的冷却到室温。通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体(主要是氢)脱溶析出，这时称为脱氢退火。扩散退火也可以将金属及其合金加热到接近或低于固相线的较高温度下长期保温，并用一定的速度冷却，可以改善或消除铸件中的枝晶偏析、轧材中的带状偏析。
[0021]本专利技术中使用的术语“时效处理”，是指金属或合金工件(如低碳钢等)经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。
[0022]本专利技术公开了如下技术效果：
[0023]本专利技术的目的在于提高现有技术中铜基合金的强度和导电性能。虽然公知合金元素的添加理论上能够在某些方面提高合金的性能，但是在实际生产过程中会受到各种因素的综合影响，往往无法达到预期的效果。
[0024]本专利技术以铜作为基体元素，增强相为镍、锡、铬以及钛；本专利技术通过单因素试验和正交试验，经过数据分析发现，以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3，且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％时可以提高铜基合金的强度和导电性。本专利技术以固溶的方式在铜基体中加入一种或多种其它合金元素，形成过饱和固溶体，通过时效处理，将溶解在铜基体中的合金元素与基体结合，以化合物的形式析出，从而增强铜基体，通过位错和晶界，提高铜合金的力学性能。
[0025]本专利技术通过在Cu基体中加入Ti元素可以细化晶粒提高合金强度，加入微量的Cr元素能细化组织并提高合金的高温稳定性，加入一定量的Sn可以使得合金阻碍位错运动的能力变强而使得合金强度提高，加入适当的Ni元素易与Sn、Ti元素形成析出相，起到析出强化的作用，进而提高合金的力学性能。将各种金属元素和铜元素熔化，然后进行退火和固溶处理，得到饱和固溶体合金，在形成固溶体的过程会产生晶格畸变阻碍位错运动，从而对合金起到强化作用。本专利技术综合研究各方面因素，通过对各种因素的筛选和组合，通过加入合金元素和进行固溶时效处理来改善铜合金的性能，最终使合金具有高强度和较高的电导率。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例中Cu
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Ni
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Sn
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Ti
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Cr合金材料的制备流程图；
[0028]图2是本专利技术实施例3所述的Cu
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Ni
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Sn
‑
Ti
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Cr合金的固溶态和时效态的金相显微组织图，其中(a)为固溶态图，(b)为时效态图；
[0029]图3为本专利技术实施例3制备的Cu
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Ni
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Sn
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Ti
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Cr合金材料的TEM图像；其中(a)为Cu
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Ni
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Sn
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Ti
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Cr合金材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基合金材料，其特征在于，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％。2.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的铜基合金材料，其特征在于，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.5％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。4.根据权利要求1～3任一项所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：按比例配制原料，然后对原料进行熔炼、均匀化退火、固溶、冷轧以及时效处理；所述固溶过程在惰性气体保护下进行，960℃保温90min；所述时效处理在惰性气体保护下进行，先...

【专利技术属性】
技术研发人员：周孟，张毅，田保红，唐顺龙，李丽华，安俊超，贾延琳，李旭，王智勇，刘勇，张志阳，曹清豹，徐德晔，薛启明，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：