【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，具体涉及一种铜合金包铝合金复合导体材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、由于铜资源供需矛盾加剧、铜价居高不下，铜已经成为仅次于石油的重要战略资源，这迫使企业和研究人员寻求新的低成本导体材料来替代纯铜。铜铝复合材料既具有铜导电性好，又具有铝密度低、价格低的特点，可实现材料轻量化和成本降低。目前，铜铝复合材料在电力传输、电器设备和电子通信等领域获得了广泛应用。
2、通过降低零部件质量实现整机装备减重对航空航天产业发展具有重要意义，如增加有效载荷、提高飞行航程或射程、减少能耗、保护环境等。目前，电力系统轻量化是航空航天装备减重面临的一个关键问题。例如，大飞机需用到1吨以上的纯铜导体材料；天基雷达具有全天候、全天时的战略、战术预警能力，且具有不受地球曲率限制、不易受攻击等优势，其中的纯铜导体重量约占装备总重的三分之一；临近空间太阳能无人机跨越了传统航空器难以永久飞行的技术瓶颈，是各国未来争夺临近空间资源的重要战略支点，为充分发挥飞得高、待得久的平台优势，其电力系统的减重需求极为紧迫。采用铜包铝复合材料替代航空航天装备中的纯铜导体，可实现减重约50％，对航空航天装备的整体设计和研发应用起到关键性推动作用。
3、然而，航空航天的严苛服役条件对飞行器导体材料的性能提出了严苛要求，包括更高的强度、抗蠕变性能和复合界面结合强度。采用铜合金和铝合金替换纯铜和纯铝，研发高性能铜合金包铝合金复合材料，是解决上述问题的可行途径。但是，还有以下关键问题需要解决：
4、(1)根据航空航天领域的减重和
5、(2)高强高导铜合金通常采用析出强化，需要在高温条件下进行固溶处理，将合金元素固溶至铜基体内，然后在较低温度下进行时效处理，使合金元素析出形成弥散相，从而提高铜合金的强度和导电性能。但是，铜合金的固溶温度高于铝合金的熔点，这使铜合金包铝合金复合材料进行无法在高温条件下进行整体固溶处理，需要研发可以免去固溶处理的包覆层铜合金材料及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种铜合金包铝合金复合导体材料及其制备方法和应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种铜合金包铝合金复合导体材料，所述复合材料的包覆层为铜合金，具有如下化学成分(质量百分数)：0.5％～1.5％ni、0.12％～0.36％ si，余量为cu。所述复合材料的芯材为铝合金，具有如下化学成分(质量百分数)：0.5％～1.5％ fe、0.1％～0.5％ cu，余量为al。利用连铸复合工艺的快速冷却的特点，使得铜合金中合金元素在连铸复合过程中充分固溶入铜基体中，得到较溶效果。抗拉强度为220～300mpa，断后伸长率为7.8％～11.5％，导电率为52～60％iacs。
3、进一步，铜合金占该所述复合材料的总体积的25％～40％；
4、进一步，所述包覆层与所述芯材同轴心设置；
5、如上所述高性能铜合金包铝合金复合导体材料的连铸复合-变形-时效工艺，步骤1：采用连铸复合法制备铜合金包铝合金复合棒坯，铜合金液保温温度为1200-1300℃，铝合金液保温温度为700-800℃，拉坯速度为90-110mm/min；步骤2：在室温下对铜合金包铝合金复合棒坯进行孔型轧制和拉拔，变形量为64％～84％；步骤3：将变形后的铜合金包铝合金复合材料放入加热至400～450℃的热处理炉保温30～120min后空冷。所述的连铸复合工艺具有快速冷却的特点，会抑制铜合金包覆层中析出相的形成，连铸复合后的包覆层铜合金具有良好的固溶效果，可以在后续的工艺流程中省去固溶处理。
6、本专利技术的技术要点具体说明如下：
7、(1)铝合金芯材含0.5％～1.5％ fe，fe元素在铝中的固溶度很低，与al结合会形成al3fe中间相，可以提高铝合金的抗蠕变性能，满足航空航天长时服役要求。
8、(2)铜合金包覆层含0.5％～1.5％ ni和0.23％～0.36％ si，合金含量较低，结合连铸复合工艺具有快速凝固的特点，连铸复合后的铜合金包覆层具有良好的固溶效果，可以在后续的工艺流程中省去固溶处理，解决复合材料不能整体进行固溶处理的问题。
9、(3)铜合金包覆层含0.5-1.5％ni和0.23-0.36％si，且铜合金中ni与si的重量比值为4.18～4.2，时效过程中会在基体中析出弥散强化相(ni2si相)，该析出相可以钉扎位错有效地阻碍位错运动，通过位错强化和析出强化共同作用提高了铜合金的性能。同时析出相不断从包覆层铜合金中析出，包覆层铜合金得到净化，复合线材的导电率得到提高。
10、本专利技术的有益效果：
11、(1)获得较高强度、良好塑性和导电性的复合材料，抗拉强度为220-300mpa，断后伸长率为7.8-11.8％，导电率为52～60％iacs，能够满足航空航天领域的减重和服役需求；
12、(2)可通过连铸复合制备-变形-时效工艺获得所需性能，无需固溶处理工艺，解决了复合材料无法在高温条件下进行整体固溶的问题。
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1.一种铜合金包铝合金复合导体材料，其特征在于，所述复合导体材料为铜包铝同心双金属复合结构，包覆层为铜合金，芯部为铝合金，铜合金占复合线材的体积分数为25％～40％；
2.根据权利要求1所述的复合导体材料，其特征在于，所述芯部具有Al3Fe中间相。
3.根据权利要求1所述的复合导体材料，其特征在于，所述铜合金中Ni与Si的重量比值为4.18～4.2，且铜合金中具析出。
4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的复合导体材料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S2)中的比例为：铜合金占复合线材的体积分数为25％～40％；
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3)中的变形量为64％～84％。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S4)中的时效处理工艺为：时效处理温度为400～450℃，保温时间为30～120min后空冷。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法制备得到的复合导体材料的抗拉强度为220-300MP
9.一种如权利要求4-8任意一项所述的方法制备得到的复合导体材料应用于航空航天领域的导体线材制备。
...【技术特征摘要】
1.一种铜合金包铝合金复合导体材料，其特征在于，所述复合导体材料为铜包铝同心双金属复合结构，包覆层为铜合金，芯部为铝合金，铜合金占复合线材的体积分数为25％～40％；
2.根据权利要求1所述的复合导体材料，其特征在于，所述芯部具有al3fe中间相。
3.根据权利要求1所述的复合导体材料，其特征在于，所述铜合金中ni与si的重量比值为4.18～4.2，且铜合金中具析出。
4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的复合导体材料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s2)中的比例为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新华，田树科，赵帆，谢建新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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