一种铜合金及其制备方法与应用技术

本申请涉及合金技术领域，公开一种铜合金及其制备方法与应用。该制备方法包括在Cu中掺杂多种改性元素，每种改性元素的熔点低于Cu的熔点，每种改性元素的沸点高于Cu的熔点。按照配比Cu：100wt%、Te：0.25~0.45wt%、Ge：0.1~0.3wt%、Sb：0.002~0.008wt%和Bi：0.0001~0.002wt%进行混合、熔化、混匀和预晶化。熔化包括在1083~1300℃初始温度中，将Cu、Te、Ge、Sb和Bi加热熔融，再搅拌混匀，得到混匀液。预晶化包括将混匀液降温至907~938℃保持2~3h。Te、Ge、Sb、Bi和Cu在1083~1300℃温度中全部熔化，又经搅拌，得到的混匀液的凝固点下降至907~938℃，将预晶化温度降低至混匀液的凝固点附近，各分子之间逐渐缔合，从而能在后续的冷却中形成准晶态结构，得到的铜合金具有良好的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。耐磨性和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜合金及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及合金
，更具体地说，涉及一种铜合金及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，机械等领域的产业对具有高强度、高韧性、高耐磨性、强耐腐蚀性材料的需求越来越旺。铜是在自然界资源丰富且具有较优良的导电性、导热性、延展性、耐腐蚀性、耐磨性等性质，广泛地应用于电力、电子、能源及石化、机械及冶金、交通、轻工等领域，但纯铜还不能满足一些领域的使用需求。为此，社会对铜合金技术进行了广泛的研究和应用。
[0003]铜合金是指铜与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化，冷却凝固后得到的具有金属性质的固体产物。目前，相关的一些铜合金在兼具高强度、高韧性、高耐磨性、强耐腐蚀性的性质上还需要进一步提升，以满足不断发展的产业需求。

技术实现思路

[0004]为了进一步提升铜合金的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，本申请提出了一种铜合金及其制备方法与应用，以满足一些领域的使用需求。为此，本申请采用了以下技术方案。
[0005]第一方面，本申请提出了一种铜合金的制备方法，并提出以下技术方案。
[0006]一种铜合金的制备方法，所述制备方法包括：在Cu中掺杂多种改性元素，每种所述改性元素的熔点低于Cu的熔点，每种所述改性元素的沸点高于Cu的熔点；以Cu为基准物，所述改性元素按照Cu的百分比添加，按照配比Cu：100wt％、Te：0.25～0.45wt％、Ge：0.1～0.3wt％、Sb：0.002～0.008wt％和Bi：0.0001～0.002wt％，将Cu、Te、Ge、Sb和Bi混合，再熔炼，得到所述铜合金；所述熔炼包括熔化、混匀和预晶化；所述熔化包括在1083～1300℃初始温度中，将混合的Cu、Te、Ge、Sb和Bi加热熔融，得到熔融液；所述混匀包括将所述熔融液在1083～1300℃温度中搅拌混匀，得到混匀液；所述预晶化包括将所述混匀液降温至907～938℃的预晶化温度，并保持2～3h，得到匀质液，所述匀质液为液态的所述铜合金。
[0007]通过采用上述技术方案，由于Cu的熔点为1083℃、沸点为2562℃，Te的熔点为452℃、沸点为1390℃，Ge的熔点为937℃、沸点为2830℃，Sb的熔点为630℃、沸点为1635℃，Bi的熔点为271℃、沸点为1564℃，每种所述改性元素的熔点低于Cu的熔点，每种所述改性元素的沸点高于Cu的熔点，Cu的熔点为1083℃，每种改性元素的沸点均高于1300℃，因而在1083～1300℃初始温度中，Te、Ge、Sb、Bi和Cu全部熔化且不沸腾，在1083～1300℃温度中搅拌混匀，液态的Te、Ge、Sb、Bi和Cu混合均匀。选用熔点低于Cu的金属和非金属元素作为掺杂剂，相比于熔点高于Cu的金属和非金属元素作为掺杂剂，更容易掺杂进入后续冷却成型的Cu晶格中，获得更高强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性的铜合金。在上述配比中，Cu作为主剂，
Cu以100％的质量计算，其他成分作为掺杂剂，以上配方表示各掺杂成分分别占Cu的质量百分比，Cu和掺杂剂融合后，混匀液的凝固点下降至907～938℃，因而混匀液在907～938℃时为近液态，在907～938℃的预晶化温度中保持2～3h，得到匀质液，一方面将能耗降至较低，另一方面将预晶化温度降低至混匀液的凝固点附近，各原料分子之间逐渐缔合，从而能在后续的冷却中形成准晶态结构，得到的铜合金具有良好的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。该铜合金可以含有不可避免的杂质。
[0008]作为该铜合金的制备方法的一种改进，制备所述铜合金的原料配比为Cu：100wt％、Te：0.3～0.4wt％、Ge：0.15～0.25wt％、Sb：0.004～0.006wt％和Bi：0.0005～0.0015wt％。
[0009]通过采用上述技术方案，各组分分子缔合形态均一，后续冷却得到的铜合金具有综合较强的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。
[0010]作为该铜合金的制备方法的一种改进，制备所述铜合金的原料配比为Cu：100wt％、Te：0.35wt％、Ge：0.2wt％、Sb：0.005wt％和Bi：0.001wt％。
[0011]通过采用上述技术方案，在一定配比范围内，冷却得到的铜合金的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性的综合性能最优。
[0012]作为该铜合金的制备方法的一种改进，所述初始温度为1083～1090℃。
[0013]通过采用上述技术方案，在该初始温度下，Te、Ge、Sb、Bi和Cu全部熔化，并且该初始温度为Te、Ge、Sb、Bi和Cu全部熔化可采用的较低温度，在保证各组分全部溶解的前提下将能耗降至最低。
[0014]作为该铜合金的制备方法的一种改进，所述搅拌为机械搅拌，所述搅拌的速度为60～120r/min，所述搅拌进行的时间为10～30min。
[0015]通过采用上述技术方案，全部溶解成液态的Te、Ge、Sb、Bi和Cu充分混合，最终混合均匀。若搅拌速度过慢或搅拌时间过短则各组分容易混合不均，若搅拌速度过快或搅拌时间过长，则容易影响准晶态结构的形成，最终降低铜合金的强度、韧性、耐磨性和/或耐腐蚀性。
[0016]作为该铜合金的制备方法的一种改进，所述制备方法还包括浇铸：将所述匀质液浇铸入模具中，进行第一阶段冷却至566～593℃，所述第一阶段冷却的速率为3～4℃/min，再进行第二阶段冷却至260～280℃，所述第二阶段冷却的速率为10～15℃/min，得到成型的所述铜合金。
[0017]通过采用上述技术方案，第一阶段冷却至566～593℃，冷却速率为3～4℃/min，566～593℃为该铜合金的软化点，经过第一阶段冷却后形成准晶态结构，各掺杂原子限制在逐步成型的铜晶格中，再进行第二阶段冷却至260～280℃，冷却速率为10～15℃/min，260～280℃为合金成型的温度，通过第二阶段冷却后合金成型。
[0018]作为该铜合金的制备方法的一种改进，在将所述匀质液浇铸入模具之前，所述匀质液温度为T，先将模具加热至T
±
10℃，再将所述匀质液浇铸入模具中。
[0019]通过采用上述技术方案，将模具加热至和所述匀质液相近的温度T
±
10℃，能保持匀质液的稳定，从而能在后续的冷却中形成准晶态结构，得到的铜合金具有良好的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。
[0020]作为该铜合金的制备方法的一种改进，所述浇铸的过程在氮气环境中进行。
[0021]通过采用上述技术方案，用氮气隔绝氧气，防止在第一阶段冷却和第二阶段冷却过程，Te、Ge、Sb、Bi、Cu和氧气反应生成的表面黑皮，提升铜合金品质。
[0022]第二方面，本申请还提出一种铜合金，并采用如下技术方案。
[0023]一种铜合金，根据上述的制备方法所制备得到。
[0024]通过采用上述技术方案，该铜合金中，Te、Ge、Sb、Bi和Cu之间能较好的缔合，使得成型的铜合金具有良好的强度、韧性、耐磨性和耐腐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在Cu中掺杂多种改性元素，每种所述改性元素的熔点低于Cu的熔点，每种所述改性元素的沸点高于Cu的熔点；以Cu为基准物，所述改性元素按照Cu的百分比添加，按照配比Cu：100wt%、Te：0.25~0.45wt%、Ge：0.1~0.3wt%、Sb：0.002~0.008wt%和Bi：0.0001~0.002wt%，将Cu、Te、Ge、Sb和Bi混合，再熔炼，得到所述铜合金；所述熔炼包括熔化、混匀和预晶化；所述熔化包括在1083~1300℃初始温度中，将混合的Cu、Te、Ge、Sb和Bi加热熔融，得到熔融液；所述混匀包括将所述熔融液在1083~1300℃温度中搅拌混匀，得到混匀液；所述预晶化包括将所述混匀液降温至907~938℃的预晶化温度，并保持2~3h，得到匀质液，所述匀质液为液态的所述铜合金。2.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于，制备所述铜合金的原料配比为Cu：100wt%、Te：0.3~0.4wt%、Ge：0.15~0.25wt%、Sb：0.004~0.006wt%和Bi：0.0005~0.0015wt%。3.根据权利要求2所述的铜合金的制备方法，其特征在于，制备所述铜合金的原料配比为Cu：100wt%、Te：0.35wt%、Ge：0.2wt%...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璟，
申请(专利权)人：宁波东昊电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：