一种多元微合金化高强高导铜合金及其制备工艺的制作方法

本发明涉及铜合金导体领域，尤其是一种多元微合金化高强高导铜合金及其制备工艺。

背景技术：

铜合金具有导电性能良好、高软化温度的特点，是电机换向器和接触线的理想材料。今年来，随着生产要求的增加，传统铜合金导体的电阻率、拉断力以及抗拉强度等性能差，不能满足生产需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种多元微合金化高强高导铜合金及其制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多元微合金化高强高导铜合金，其组成成分为：

进一步地，多元微合金化高强高导铜合金的组成成分为：

一种多元微合金化高强高导铜合金的制备工艺，具有如下步骤：

(1)、准备配料，在熔炼炉内分别制备铜铬合金、铜锆合金、铜镁合金和铜镧合金；

(2)、造炉，石墨坩埚作为熔炼坩埚，石墨坩埚固定在熔炼炉内，进行烘炉，烘炉的时间保持在2小时以上，除去坩埚中的水蒸气；

(3)、烘料和洗炉，将100重量份的纯度为99.9％的电解铜，切割成所需要的形状，放入热处理炉中，温度保持在600℃以下进行烘料，除去内部水蒸气，烘料时间为1小时，0.60～1.10重量份铜铬合金、0.25～0.35重量份铜锆合金、0.05～0.12重量份铜镁合金和0.10～0.30重量份铜镧合金的烘料温度均为300℃，保温1小时，烘料结束之前，石墨坩埚内选用纯铜进行熔炼，进而达到对坩埚及炉体进行洗炉，从而防止合金熔炼杂质对合金的污染；

(4)、真空感应熔炼，将原料进行预热处理后，先将铜铬合金和电解铜原料放入石墨坩埚中，将铜锆合金、铜镁合金和铜镧合金放入二次加料盒中，同时浇铸模具内表面涂抹耐高温的脱模剂后在放入熔炼炉内腔并进行预热；关闭熔炼炉门进行抽真空，直至真空度小于10Pa，保持继续抽真空的状态，熔炼炉功率为15KW～110KW，让石墨坩埚中的电解铜原料开始慢慢的软化最后达到熔化，熔化的过程中合金内部的气体会完全被排除；当电解铜原料完全熔化之后，打开二级抽真空模式，当真空度达到10^-2Pa时，开始慢慢转动石墨坩埚，使石墨坩埚中的炉料进行熔清；当石墨坩埚中的炉料熔清之后，保持精炼10分钟，然后充入氩气保护性气体，降低熔炼炉功率，将二次加料盒内的剩余合金原料加入，这样以减少易挥发元素的烧损；增加功率并适当搅拌溶液，待石墨坩埚中溶液均匀后，关闭熔炼炉；

(5)、浇铸，石墨坩埚中溶液在氩气保护下倒入浇铸模具进行浇铸，浇铸完成后待石墨坩埚与模具适当冷却至200℃，放气并取出铜合金铸锭；

(6)、均匀化退火处理，将铜合金铸锭在低于固相线的温度1083℃下进行长时间的保温加热，消除浇铸过程中由于密度不一致引起的成分偏析和冷却速度不均匀引起的铸锭内的残余应力，退火温度为950℃，保温2小时；

(7)、开坯，将均匀化退火处理后的铜合金铸锭进行表面车削处理，去除由于铸造过程引起的缺陷，铜合金在800～850℃进行锻造开坯，将坯料锻成50mm×50mm的方坯；

(8)、热轧，将锻成50mm×50mm的方坯进行表面打磨处理，去除锻造开坯过程中产生的微裂纹，切除端部，然后在800～850℃进行热轧，经过多道次热轧，轧制到Φ7.5～8.5mm的铜合金杆；

(9)、固溶处理，固溶处理温度为930℃，保温1小时后，采用水冷法冷却铜合金杆；

(10)、扒皮，将固溶处理后的铜合金杆通过扒皮模进行扒皮，去除表面氧化层，保证扒皮后的铜合金杆为Φ7.0～8.0mm；

(11)、冷变形，将去除氧化皮的Φ7.0～8.0mm铜合金杆进行冷变形，变形量为80％～85％，冷拉到Φ2.5～3.5mm；

(12)、时效处理，Φ2.5～3.5mm铜合金杆在常温放入“井”式退火炉中，抽真空后充入氢气，然后升温至退火温度450℃后，开始保温2.5小时，保温结束后随炉冷却，冷却至室温取出，氢气作为保护气氛可有效防止合金表面氧化，冷却至室温后排放保护气氛；

(13)、拉拔，通过17模连拉连退拉丝机，将Φ2.5～3.5mm铜合金杆拉伸至直径为0.5～0.7mm的线状铜合金导体；

(14)、退火处理，将直径为0.5～0.7mm的线状铜合金导体通过直线大拉连续电加热退火工艺技术，拉伸至直径为0.1mm～0.2mm的线状合金导体。

进一步地，所述步骤(1)中铜铬合金的成分为70wt％铜，30wt％铬；铜锆合金的成分为70wt％铜，30wt％锆；铜镁合金的成分为70wt％铜，30wt％镁；铜镧合金的成分为70wt％铜，30wt％镧。

本发明的有益效果是：本发明设计合理，操作简便，经过配料、造炉烘料洗炉、熔炼、浇铸以及强化工艺后制得的铜合金导体具有优异的电阻率、拉断力以及抗拉强度，满足生产需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中熔炼工艺的工艺流程图；

图2是本发明中热加工及强化工艺的工艺流程图。

具体实施方式

现在结合图1、图2以及实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种多元微合金化高强高导铜合金，其特征在于：其组成成分为：

这种多元微合金化高强高导铜合金的制备工艺，具有如下步骤：

(1)、准备配料，在熔炼炉内分别制备铜铬合金、铜锆合金、铜镁合金和铜镧合金；

(2)、造炉，石墨坩埚作为熔炼坩埚，石墨坩埚固定在熔炼炉内，进行烘炉，烘炉的时间保持在2小时以上，除去坩埚中的水蒸气；

(3)、烘料和洗炉，将100公斤的纯度为99.9％的电解铜，切割成所需要的形状，放入热处理炉中，温度保持在600℃以下进行烘料，除去内部水蒸气，烘料时间为1小时，0.80公斤铜铬合金、0.30公斤铜锆合金、0.067公斤铜镁合金和0.20公斤铜镧合金的烘料温度均为300℃，保温1小时，烘料结束之前，石墨坩埚内选用纯铜进行熔炼，进而达到对坩埚及炉体进行洗炉，从而防止合金熔炼杂质对合金的污染；

(4)、真空感应熔炼，将原料进行预热处理后，先将铜铬合金和电解铜原料放入石墨坩埚中，将铜锆合金、铜镁合金和铜镧合金放入二次加料盒中，同时浇铸模具内表面涂抹耐高温的脱模剂后在放入熔炼炉内腔并进行预热；关闭熔炼炉门进行抽真空，直至真空度小于10Pa，保持继续抽真空的状态，熔炼炉功率为15KW～110KW，让石墨坩埚中的电解铜原料开始慢慢的软化最后达到熔化，熔化的过程中合金内部的气体会完全被排除；当电解铜原料完全熔化之后，打开二级抽真空模式，当真空度达到10^-2Pa时，开始慢慢转动石墨坩埚，使石墨坩埚中的炉料进行熔清；当石墨坩埚中的炉料熔清之后，保持精炼10分钟，然后充入氩气保护性气体，降低熔炼炉功率，将二次加料盒内的剩余合金原料加入，这样以减少易挥发元素的烧损；增加功率并适当搅拌溶液，待石墨坩埚中溶液均匀后，关闭熔炼炉；

(5)、浇铸，石墨坩埚中溶液在氩气保护下倒入浇铸模具进行浇铸，浇铸完成后待石墨坩埚与模具适当冷却至200℃，放气并取出铜合金铸锭；

(6)、均匀化退火处理，将铜合金铸锭在低于固相线的温度1083℃下进行长时间的保温加热，消除浇铸过程中由于密度不一致引起的成分偏析和冷却速度不均匀引起的铸锭内的残余应力，退火温度为950℃，保温2小时；

(7)、开坯，将均匀化退火处理后的铜合金铸锭进行表面车削处理，去除由于铸造过程引起的缺陷，铜合金在800～850℃进行锻造开坯，将坯料锻成50mm×50mm的方坯；

(8)、热轧，将锻成50mm×50mm的方坯进行表面打磨处理，去除锻造开坯过程中产生的微裂纹，切除端部，然后在800～850℃进行热轧，经过多道次热轧，轧制到Φ8.0mm的铜合金杆；

(9)、固溶处理，固溶处理温度为930℃，保温1小时后，采用水冷法冷却铜合金杆；

(10)、扒皮，将固溶处理后的铜合金杆通过扒皮模进行扒皮，去除表面氧化层，保证扒皮后的铜合金杆为Φ7.5mm；

(11)、冷变形，将去除氧化皮的Φ7.5mm铜合金杆进行冷变形，变形量为80％～85％，冷拉到Φ3.0mm；

(12)、时效处理，Φ3.0mm铜合金杆在常温放入“井”式退火炉中，抽真空后充入氢气，然后升温至退火温度450℃后，开始保温2.5小时，保温结束后随炉冷却，冷却至室温取出，氢气作为保护气氛可有效防止合金表面氧化，冷却至室温后排放保护气氛；

(13)、拉拔，通过17模连拉连退拉丝机，将Φ3.0mm铜合金杆拉伸至直径为0.6mm的线状铜合金导体；

(14)、退火处理，将直径为0.6mm的线状铜合金导体通过直线大拉连续电加热退火工艺技术，拉伸至直径为0.1mm或0.2mm的线状合金导体。

拉拔成Φ0.20～0.10mm铜合金单丝后各状态的物理性能如表1所示。

表1Φ0.20～0.10mm单丝各状态的物理性能

综上所述，本发明设计合理，操作简便，制得的铜合金导体具有优异的抗拉强度、延伸率以及导电率，满足生产需求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。