[发明专利]超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法，特别是指一种超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法。主要应用于航天、航空大功率密封电磁继电器，以及电子工业中高性能导电弹性器件。

背景技术

航天、航空、兵器、舰船等工业的发展，对继电器的各项技术指标和环境适应能力提出了更高的要求。高可靠性、高寿命的工作性能，小型化、高负载、高环境适应能力和绿色环保已成为继电器发展的主要方向。例如功率型密封电磁继电器，其簧片和触点极限通断能力要求能切换28Vd.c.80A的大电流，试验环境温度为125℃，再加上线圈温升和负载切换温升，接触簧片的工作温度达到或超过150℃。因此要求材料不但导电性能高、弹性好，而且要求材料在150℃以上各项性能稳定，仍然能保持高的导电性能和稳定的弹性性能。

现阶段国内外使用的继电器接触簧片材料大致分为两类。一类为贵金属材料，如银镁镍合金，它的特点是导电、导热性能好、抗电弧能力强，表面镀金后可以兼做触点材料，在小的压力作用下接触电阻较小。但银镁镍合金的强度、弹性模量较低，而且价格昂贵，这些固有缺陷制约了它的使用。

另一类是以铍青铜为代表的铜基合金。铍青铜合金具有高的强度、弹性、硬度、耐磨性、抗疲劳和优良的电性能，是较为理想的继电器用簧片材料。但该合金由于其含剧毒物质铍而且在高于120℃环境下，材料弹性、强度急剧降低，导致继电器在工作状态下的灭弧能力、反力特性的改变，致使继电器工作失效。

近年来前苏联、美国、日本和中国开发出的Cu-Ti、Cu-Ni-Al、Cu-Ni-Sn、“卡密隆”、“ 卡密林”、MHII15-20和德银合金等新型无铍弹性铜合金。这些合金具有相当高的强度(≥1000MPa)，而且在150℃下仍然保持较高的强度和稳定的弹性性能，但其电导率太低，都不超过15％IACS，远低于铍青铜。

近年来研制了CuNiSi系合金，如CN90106428.9所述合金有高的强度和导电率，但它未涉及材料的抗应力松弛性能，微合金化元素也与本发明不同，且该专利采用的是真空熔炼和单级固溶处理制度，真空熔铸难以制备大规格锭坯，且熔铸成本高；US4594211专利所述合金有高的强度和导电率，但它未涉及材料的弹性和抗应力松弛性能，而且其成分在本发明之外。

公开的专利200410068497.7和200410036828.9提供了一种兼具有高强度和高导电性的电子用CuNiSi系合金，但该合金强度在700-800MPa，而且其主合金成分在本发明之外。

用于功率型继电器上的簧片材料，要求材料σ_b大于1000MPa，导电率≥25IACS％，应力松弛率≤10％)。但在上述专利中，均未给出同时满足上述三大性能指标要求的合金的成分以及制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种合金组分合理、合金化程度高、生产工艺简单、操作方便、生产成本低、合金强度高、导电率高、抗应力松弛性能好的超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法。满足大功率密封电磁继电器，以及电子工中高性能导电弹性器件的需求。

本发明---超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金，其组成如下(重量百分)：

Ni：6.4-8.2wt％；

Si：1.2-1.8wt％；

Sn：0.3-0.5wt％；

Mg：0.1-0.2wt％；

Zr：0.1-0.2wt％；余量为Cu。

本发明---超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金，其较佳组成如下(重量百分)：

Ni：6.8-7.8wt％；

Si：1.4-1.6wt％；

Sn：0.35-0.45wt％；

Mg：0.13-0.17wt％；

Zr：0.13-0.17wt％；余量为Cu。

本发明---超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金，其最佳组成如下(重量百分)：

Ni：7.3wt％；

Si：1.5wt％；

Sn：0.4wt％；

Mg：0.15wt％；

Zr：0.15wt％；余量为Cu。

本发明---超高强、高导电CuNiSi系弹性铜合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)、CuNiSi非真空二次重熔、铸锭

a、一次熔铸：

将电解铜、镍、硅、锡烘干后放入加热炉中熔化，用氮气和煅烧木炭保护，熔化温度1300℃～1450℃，入模浇铸成锭坯，铣去锭坯表面杂质；