[发明专利]直接时效法制备高强高导Cu-Ni-Al导体材料

说明书

技术领域

本发明属Cu合金领域，涉及制备具有高强高导特性的Cu-Ni-Al导体材料的生产方法。

背景技术

高速铁路是我国十二五规划的重点发展项目，其对高速列车及铁路电气化所需的高性能专用铜材等高、精、尖产品的需求呈井喷性的增长。然而作为供电电网关键部件之一的接触线还大量依靠国外进口，在国内还没有形成独立的自主知识产权和相关的生产能力。为确保高速铁路稳定、经济的运行，要求接触线同时具备高电导率和高强度的特征。许多高强高导合金材料被逐渐开发出来，其中Cu-Cr-Zr合金以其优异的综合性能而备受关注。Cu-Cr-Zr是最为典型的沉淀强化型合金，它是向Cu-Cr中加入少量的Zr元素，使得在析出过程中同时产生Cr相和Cu3Zr相两种析出相，阻碍位错运动提高合金强度。同时Cr和Cu3Zr相的析出净化了Cu基体，使合金具备高强度的同时获得较高的电导率。

Cu-Cr-Zr合金通常的制备工艺为感应熔炼浇铸成铸锭，对铸锭高温固溶之后进行时效处理，然后进行一定程度的冷变形获得具有高强高导性能的试样。这种高温固溶工艺能耗大、周期长不利于该合金的实际生产。同时由于Zr元素非常活泼且其密度小、熔点高，极易在熔炼过程中烧损，使得合金实际Zr含量偏低且难以控制，导致合金性能下降难以大规模生产。

因此虽然Cu-Cr-Zr合金表现出较好的高强高导特性，但仍难以大规模应用。很有必要针对高强高导材料面临的问题开发出一种具有高强高导特性的且易于熔炼生产的导体材料以及一种简单易行的生产工艺。

发明内容

本发明针对前述高强高导材料存在的问题，提供一种制备高强高导Cu-Ni-Al合金的工艺。

本发明通过如下步骤实现：将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1000℃下静置除气后向炉内充Ar至60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸后直接冷轧到一定变形量，之后进行200～600℃时效处理0.2～10h。

本发明省去了常规制备Cu-Cr-Zr合金所需的固溶处理，只需对铸锭进行一定变形程度的冷轧之后直接进行时效即可获得高强高导性能。避免了高温固溶热处理时合金的氧化过烧等问题，简化了加工流程，降低生产成本。

本发明无需采用传统的高温固溶处理，也可以实现第二相的析出。之所以通过直接时效也能获得高强高导性能是由于冷轧变形使合金内部产生大量的位错等晶体缺陷，这些晶体缺陷为第二相析出提供了有利的形核位置，使得第二相无需通过固溶也能直接析出。同时，熔炼浇铸中较快的冷却速度使得一部分合金元素来不及析出而固溶在Cu基体中，所得到的铸态Cu相本身就处于过饱和状态，也有利于后期的时效析出。

本发明之所以选择在Cu基体中添加Ni和Al元素不仅仅因为Ni和Al元素储量丰富，而是通过在Cu基体中产生NiAl3析出相粒子，充分发挥NiAl3粒子强化作用提高合金强度，同时通过Al把固溶在Cu基体中的Ni原子“吸”出，避免固溶的Ni原子对合金电导率造成的损害作用。

本发明具有的有益效果

本发明所述的高强高导Cu-Ni-Al合金制备方法仅包含熔炼浇铸、冷轧、直接时效三个步骤，加工过程简单可控，流程短能耗低，适合大规模工业生产。同时该高强高导合金仅包含Cu、Ni和Al三种廉价金属，材料成本低。本发明制备的合金性能范围广，可通过控制冷轧变形量和时效工艺获得多种强度与电导率匹配。

具体实施方式

成分：0.4％Ni，0.4％Al，其余为Cu。

制备方式：将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1000℃下静置除气后向炉内充Ar至60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸到水冷铜模，铜模中冷却水流速为0.02m/s。对铸锭冷轧至压下量为70％后进行400℃时效处理1h空冷。

性能：根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为650MPa，根据四点法测得合金室温电导率为80％IACS。

实施例2：

成分：0.4％Ni，0.4％Al，其余为Cu。

制备方式：将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0.1Pa大气压下熔化，在1000℃下静置除气后向炉内充Ar至60kPa，再加入Ni并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸到水冷铜模，铜模中冷却水流速为0.1m/s。对铸锭冷轧至压下量为85％后进行500℃时效处理0.5h空冷。

性能：根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为510MPa，根据四点法测得合金室温电导率为90％IACS。

实施例3：

成分：0.4％Ni，0.4％Al，其余为Cu。