一種Cr納米結構晶粒銅的制備方法技術

一種Cr納米結構晶粒銅的制備方法，屬于金屬材料領域，各組分的重量百分比：鉻0.2～0.5%、鋯0.1～0.3%、鎂0.05～0.2%、鈰0.01～0.02%，通過控制離心速率和離心時間，鑄造出含有納米顆粒的銅合金。這種納米顆粒在熔融態時作為形核核心，晶粒尺寸顯著減小。由于第二相納米顆粒對位錯運動的阻礙以及細小的晶粒，鑄態下銅合金的強度得到一定程度的提高。通過后續形變強化和固溶時效，以及與基體保持共格或半共格的Cr納米顆粒的作用下合金的強度比同等合金顯著提高，時效后導電率也得到了很好地保持，強度和導電率分別達到：560MPa～640MPa，70%IACS～83%IACS。

Preparation method of Cr nano structured Grain Copper

A preparation method of Cr nano grain structure of copper, belongs to the field of metal material, the weight percentage of each component: Cr 0.2 ~ 0.5%, 0.1 ~ 0.3% zirconium and magnesium in 0.05 ~ 0.2%, 0.01 ~ 0.02% CE, by controlling the centrifugal speed and centrifugal time, cast copper alloy containing nano particles. When the nanoparticles are in the molten state, as the nucleation core, the grain size of the nanoparticles decreases remarkably. Because of the hindrance of dislocation motion and fine grain of the second phase nano particles, the strength of the copper alloy under cast condition is improved to a certain extent. Through the subsequent deformation strengthening and solid solution, and the alloy nanoparticles of Cr coherent or semi coherent with the matrix under the effect of strength than the same alloy significantly improved after aging, conductivity has been well maintained, strength and electrical conductivity respectively: 560MPa ~ 640MPa, 70%IACS ~ 83%IACS.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于金屬材料領域，可以適用于引線框架、電車線、電氣工程開關觸橋、發電機等需要高強度和高導電率銅合金的領域。
技術介紹
隨著電子行業及其高速列車事業的迅猛發展，對銅合金的性能提出了更高的要求。不僅需要強度指標而且對導電性能也提出了較高的要求，高強高導是銅合金發展的趨勢。目前國內高強高導銅合金技術比較落后，還嚴重依賴進口。因此發展具有自主知識產權的高強高導銅合金，不僅具有巨大的經濟效益，而且具有良好的社會效益。國內外大量的研究表明，通過在銅中添加多種固溶強化型合金元素(Cr、Ag、Sn、Zr、Mg、Si等)或者增加合金元素的質量百分比，然后經過固溶-軋制-時效工藝可以顯著提高合金的強度，但隨著合金元素種類和含量的增加，導電率迅速降低。我們知道，通過傳統的方法制備高強高導銅合金的難點就是合金強度和導電性的反函數關系，即通過傳統方法提高強度往往是以犧牲導電率為代價，或者為改善導電率往往損失了強度。因此通過特殊的工藝方法制備的銅合 金，在提高強度的同時，又不損害導電率是高性能銅合金研制的重點和難點。
技術實現思路
為了提高銅合金的強度和導電率，本專利技術提供了。，合金成分質量百分比為(0.2~0.5%)Cr,(0.1 ~0.3%) Zr, (0.05 ~0.2%)Mg，(0.01 ~0.02%) Ce，其余為 Cu，該方法的步驟如下:I)真空感應熔煉，采用木炭保護，感應爐升溫至1150°C熔化電解Cu,，再添加Cu-Cr、Cu-Mg 和 Cu-Zr 中間合金；2)升溫至1250~1350°C保溫20~25min，利用電磁感應的攪拌作用混合均勻；3)迅速降溫至1080°C~1100°C，然后升溫至1150°C~1200°C，進行離心澆鑄100r/min ~120r/min,離心 IOmin ~15min ；4 )對合金進行固溶水淬；5)對合金進行冷軋6)對合金退火。通過合金元素一定的配比和離心真空鑄造，鑄造出含有納米顆粒的鑄造銅合金，這種納米級的顆粒作為形核核心可以明顯的起到細化晶粒的作用，使鑄態的銅合金由有常規鑄造的樹枝晶和柱狀晶轉變為等軸晶，Cr納米顆粒與銅基體保持共格或半共格關系，銅合金性能顯著提高。通過后續的固溶(溫度為960°C~980°C，時間為2h~4h)、冷軋(變形量40%、60%、80%)、退火(溫度為450°C~480°C，時間為2h~8h)進一步提高綜合性能，強度和導電率分別達到:560MPa~640MPa，70%IACS~83%IACS。本設計專利技術Cr納米結構晶粒銅的主要原則是:(I)通過合金元素合適的配比和離心，使銅合金在熔融狀態下生成Cr納米級顆粒，這種顆粒彌散分布于熔體中，作為形核的核心大量形核。一定的離心速率使晶粒受到剪切力的作用，長大的晶粒被分割成細小的晶粒，因此鑄態下晶粒比較細小。(2)鉻、鋯、鎂這些合金元素，在銅中高溫和低溫的溶解度差別很大，固溶處理效果明顯，可以形成過飽和的固溶體。為后續的時效處理奠定基礎。(3)時效后析出相能彌散的分布在基體里，并與基體保持著共格或半共格的關系，強度得到大幅度提高，導電率也得到很好保持。 本專利技術Cr納米結構晶粒銅，通過精確控制熔體流場流動、濃度場和溫度場分布，在Cu合金熔體的凝固過程中直接產生與基體界面共格或半共格的原位納米顆粒，這些納米顆粒受到電磁攪拌等作用均勻的分布在基體內，作為Cu合金的形核核心顯著地細化凝固微結構組織，得到強化的基體組織，這些Cr顆粒能阻礙位錯的運動，大幅度提高了材料的強度，同時由于與基體保持共格或半共格的關系，大大減小了對電子的散射作用，導電性能得到很好保持。【附圖說明】圖1為鑄態所得Cr納米結構晶粒銅的TEM照片及衍射斑點；圖2為鑄態所得Cr納米顆粒的HRTEM照片；圖3時效態Cr納米結構晶粒銅的光學顯微鏡照片(a)和TEM照片(b)。具體實施方案[0021 ]本實驗銅合金材料為 Cu- (0.2 ~0.5%) Cr- (0.1 ~0.3%) Zr- (0.05 ~0.2%)Mg- (0.01 ~0.02%)Ce(I)采用真空熔煉技術，Cr、Mg和Zr采用Cu-Cr、Cu-Mg和Cu-Zr中間合金的形式加入；(2)真空中純銅和Cu-Cr —起熔煉，待升溫至1150°C，充入氬氣并加入Cu-Mg和Cu-Zr中間合金。Cr、Zr、Mg的燒損率分別按5%、20%、10%來計算；(3)溫度達1250°C~1350°C左右保溫20min~25min，迅速降溫至1080°C~1100°C，然后升溫至1150°C~1200°C，開始澆鑄同時打開離心機，設定轉速為100r/min~120r/min, IOmin ~15min 后停止離心；(4)抽真空,然后充入気氣至一個大氣壓。30min后破真空,空冷至室溫；(5)待冷卻后固溶，溫度為960°C~980°C，時間為2~3h ;(6 )冷軋變形量為70%~80%(7 )時效處理溫度450 V~480 V，時間為5h~8h。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Cr納米結構晶粒銅的制備方法，其特征在于，合金成分質量百分比為：(0.2～0.5%)Cr，(0.1～0.3%)Zr，(0.05～0.2%)Mg，（0.01～0.02%)Ce，其余為Cu，制備步驟如下：1）真空感應熔煉，采用木炭保護，感應爐升溫至1150℃熔化電解Cu,，再添加Cu?Cr、Cu?Mg和Cu?Zr中間合金；2）升溫至1250℃～1350℃，保溫20min～25min，利用電磁感應的攪拌作用混合均勻；3）迅速降溫至1080℃～1100℃，然后升溫至1150℃～1200℃，進行離心澆鑄100r/min～120r/min,離心10min?15min；4）對合金進行固溶水淬；5）對合金進行冷軋；6）對合金退火。

【技術特征摘要】
1.一種Cr納米結構晶粒銅的制備方法，其特征在于，合金成分質量百分比為:(0.2~0.5%) Cr, (0.1 ~0.3%) Zr, (0.05 ~0.2%)Mg, (0.01 ~0.02%) Ce，其余為 Cu，制備步驟如下: O真空感應熔煉，采用木炭保護，感應爐升溫至1150°C熔化電解Cu，，再添加Cu-Cr、Cu-Mg和Cu-Zr中間合金； 2)升溫至1250°C~1350°C，保溫20min~25min，利用電磁感應的攪拌作用混合均勻； 3)迅速降溫至1080°C~1100°C，然后升溫至1150°C~1200°C，進行離心澆鑄IOOr/min ~120r/min,離心 10min_15min...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王自東，侯彬，陳曉華，劉松，康樂，戴斯海，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：