【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铜合金，尤其涉及一种超高强耐高温cu-ni-sn合金线材及其制备方法。
技术介绍
1、超高强导电弹性铜合金因其良好的导电、导热、高强、耐高温等特点，广泛用于制作插针、开关、接触弹簧、端子类的导电弹性元件。铍铜被誉为“有色弹性材料之王”，是现阶段高端电连接器高性能弹性元件的主要材料，但其制备过程易产生有毒粉尘，且高温下抗应力松弛性能差、高温导电稳定性低，再加上时效之后元件的变形度大，导致其生产工艺复杂、生产成本高，限制了其进一步扩大应用。
2、cu-ni-sn合金是一种兼具有高强度、高弹性、耐高温、抗应力松弛性、耐磨性和耐蚀性的铜合金材料，其高温应力松弛率远低于铍铜，是最有潜力替代铍铜的材料。然而该材料强度高，塑性差，拉丝过程中易断线，制备加工困难；且由于合金元素sn的含量高，在铜中的固溶度有限，采用熔铸方法制备cu-ni-sn合金时，容易产生严重的sn偏析，通过后续固溶处理仍不能消除，会严重影响材料综合性能；其次，cu-ni-sn合金时效后期易出现不连续沉淀；并且由于成分、组织不均匀性及合金本征内应力大，合金在形变热处理过程中存在着开裂的现象，严重影响了产品的品质及成材率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种超高强耐高温cu-ni-sn合金线材及其制备方法，本专利技术制备的cu-ni-sn合金线材组织成分均匀，具有高强度、导电性和耐高温性能。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供
4、所述微合金化元素包括co、si、ti和v中的一种或两种；
5、所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的平均晶粒尺寸为2～5μm，特殊晶界的数量在40％以上，具有(111)丝织构。
6、优选的，所述稀土元素包括la、ce、sc或gd。
7、优选的，所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的抗拉强度在1400mpa以上，850℃/1h氧化增重≤0.1mg/cm2，导电率在10％iacs以上。
8、本专利技术提供了上述方案所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的制备方法，包括以下步骤：
9、对应超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的组成，将各制备原料进行真空下引连铸，得到杆坯；所述真空下引连铸的条件包括：铸造温度为1150～1250℃，拉-停的时间比为1:3～1:6，下引速度为0.2～1mm/s，冷却水进水端温度为15～20℃，出水端温度为25～30℃；
10、将所述杆坯进行均匀化处理，得到均匀化杆坯；所述均匀化处理的温度为800～900℃，保温时间为4～6h；
11、将所述均匀化杆坯进行第一冷拉拔，得到第一拉拔线材；所述第一冷拉拔为多道次冷拉拔，所述第一冷拉拔的总加工率为80～90％；
12、将所述第一拉拔线材进行固溶处理，得到固溶线材；所述固溶处理的温度为850～950℃，保温时间为5～10min；
13、将所述固溶线材进行第二冷拉拔，得到第二拉拔线材；所述第二冷拉拔为多道次冷拉拔，所述第二冷拉拔的总加工率为90～99.9％；
14、将所述第二拉拔线材进行时效处理，得到所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材；所述时效处理的温度为400～500℃，保温时间为5～10min。
15、优选的，得到第二拉拔线材后，还包括将所述第二拉拔线材缠绕在铜线轴上，以缠绕在线轴上的方式进行时效处理。
16、优选的，所述铜线轴上沿轴向开有凹槽。
17、优选的，所述真空下引连铸所用坩埚和结晶器的材质为氮化硼。
18、优选的，所述均匀化处理的冷却方式为水冷。
19、优选的，所述固溶处理的冷却方式为水冷。
20、优选的，所述时效处理的冷却方式为空冷。
21、本专利技术提供了一种超高强耐高温cu-ni-sn合金线材，以质量百分含量计，包括ni14～16％、sn 6～8％、微合金化元素0.2～0.5％、稀土元素0.01～0.1％、ta和/或nb 0.05～0.2％，及余量的cu；所述微合金化元素包括co、si、ti和v中的一种或两种；所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的平均晶粒尺寸为2～5μm，特殊晶界的数量在40％以上，具有(111)丝织构。
22、与现有常见的cu-ni-sn合金相比，本专利技术通过添加和合理调整si、ti、v、co微合金化元素可有效改善cu-ni-sn合金成分偏析和遏制不连续沉淀析出；同时加入慢扩散元素nb和/或ta和微量的稀土元素，提高材料的耐高温性能，使cu-ni-sn合金在高温应用时不易发生氧化。本专利技术制备的cu-ni-sn合金晶粒尺寸小且均匀性好，平均晶粒尺寸2～5μm之间，特殊晶界(低σcsl)数量在40％以上(如图1所示)，相较于随机晶界，低σcsl晶界的自由体积能较低，具有更强的耐高温晶间氧化能力，能够提升合金的抗高温氧化性能。实施例的结果表明，本专利技术提供的cu-ni-sn合金线材抗拉强度可达1400mpa以上，具有良好的抗高温氧化能力，850℃/1h氧化增重≤0.1mg/cm2，导电率可达10％iacs以上，可在5g通讯、航天航空、新能源汽车、轨道交通或智能终端中获得应用。
23、本专利技术提供了上述方案所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的制备方法，依次采用真空下引连铸→均匀化→第一冷拉拔→固溶处理→第二冷拉拔→时效处理，得到超高强耐高温cu-ni-sn合金线材。
24、本专利技术避免了传统的采用真空冶金方式制备铜镍锡铸锭再经挤压或热轧等压力加工制备合金坯料(棒、线、板、带)而产生铸锭间化学成分的微小差别带来的产品批次稳定性差、性能均一性差、能耗高、加工流程长等的问题。本专利技术基于真空下引连铸技术，通过调整核心工艺参数，增大熔体冷却强度，使合金在下引铸造工程中获得的过饱和度，防止sn元素的偏析；同时通过控制下引铸造工艺参数，调控晶粒取向，并结合后期大变形量的冷变形和短时高温热处理，获得具有强烈(111)丝织构的组织，特殊晶界(低σcsl)数量在40％以上，达到协同提高线材的强度、导电和高温性能的目的。
25、本专利技术采用适当的均匀化和固溶工艺，辅以多级形变热处理方法，起到抑制枝晶偏析和调幅组织粗化，控制脱溶相和不连续脱溶相的析出行为，调节晶粒尺寸和晶粒取向的作用，达到优化合金组织的目的，保证其成型性、力学及电学性能的匹配。
26、本专利技术采用多道次大变形量的冷变形与短时退火处理相结合的技术，优化合金的晶界特征分布，本专利技术制备的铜镍锡合金晶粒尺寸小且均匀性好，平均晶粒尺寸2～5μm之间，特殊晶界(低σcsl)数量在40％以上。
27、进一步的，本专利技术设计线材时效处理用线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高强耐高温Cu-Ni-Sn合金线材，其特征在于，以质量百分含量计，包括Ni 14～16％、Sn 6～8％、微合金化元素0.2～0.5％、稀土元素0.01～0.1％、Ta和/或Nb 0.05～0.2％，及余量的Cu；
2.根据权利要求1所述的超高强耐高温Cu-Ni-Sn合金线材，其特征在于，所述稀土元素包括La、Ce、Sc或Gd。
3.根据权利要求1或2所述的超高强耐高温Cu-Ni-Sn合金线材，其特征在于，所述超高强耐高温Cu-Ni-Sn合金线材的抗拉强度在1400MPa以上，850℃/1h氧化增重≤0.1mg/cm2，导电率在10％IACS以上。
4.权利要求1～3任一项所述超高强耐高温Cu-Ni-Sn合金线材的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，得到第二拉拔线材后，还包括将所述第二拉拔线材缠绕在铜线轴上，以缠绕在线轴上的方式进行时效处理。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铜线轴上沿轴向开有凹槽。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述均匀化处理的冷却方式为水冷。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的冷却方式为水冷。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述时效处理的冷却方式为空冷。
...【技术特征摘要】
1.一种超高强耐高温cu-ni-sn合金线材，其特征在于，以质量百分含量计，包括ni 14～16％、sn 6～8％、微合金化元素0.2～0.5％、稀土元素0.01～0.1％、ta和/或nb 0.05～0.2％，及余量的cu；
2.根据权利要求1所述的超高强耐高温cu-ni-sn合金线材，其特征在于，所述稀土元素包括la、ce、sc或gd。
3.根据权利要求1或2所述的超高强耐高温cu-ni-sn合金线材，其特征在于，所述超高强耐高温cu-ni-sn合金线材的抗拉强度在1400mpa以上，850℃/1h氧化增重≤0.1mg/cm2，导电率在10％iacs以上。
4.权利要求1～3任一项所述超高强耐高温cu-ni-sn...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文婧，解浩峰，米绪军，冯雪，杨振，彭丽军，李增德，曹祎程，刘冬梅，黄树晖，李卿，黄略，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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