[发明专利]一种纳米晶铜材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米晶材料技术领域，具体涉及一种纳米晶铜材料及其应 用。

背景技术

电源与用电体通常用闸刀开关来控制其截断与导通，各种规格和型号 的闸刀开关，作为用电终端的控制部件，以其使用方便而广泛应用不同配 电设施中。闸刀开关中的导电部件(静触头和动触头)通常采用紫铜制成。 紫铜具有优良的导电性能，但它的强度欠佳，容易变形，因电弧放电而退 火之后的紫铜尤甚。另外由于闸刀开关在通、断电时的温度差异，特别是 应用于使用温差较大的领域时，紫铜材料容易随温度的变化产生变形及热 量变化，这可能导致接触导电元件出现接触不良的现象并影响使用寿命。 而随着闸刀开关在使用过程中重复开、关次数的增加，紫铜接触面(或点) 间的摩擦磨损量增大，这些都会进一步导致闸刀开关使用寿命缩短，严重 者还可能导致断相而烧坏用电设备，如应用于苛刻环境中还会对其耐腐能 力有更大的要求。

铜轴套主要用于在轴上滑动，是机械上的重要组成件。铜轴套在机器 中的作用就是减少摩擦、减少震动、防腐蚀、减少噪音、便于维修、简化 结构制造工艺。在运动部件中，由于长期摩擦会造成铜轴套磨损，在一些 场合还将其用于防腐，即通过铜轴套将轴与有害介质隔绝开来。当铜轴套 磨损或腐蚀到一定程度，则需要进行更换。而对于一些结构复杂设备或应 用于苛刻环境中的设备而言，零件的检修困难，更换零件难度很大。因此 提高铜轴套的耐磨及耐腐蚀性能，进而增加轴的使用寿命具有重要研究价 值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米晶铜材料及其应用，用于制备纳米晶 铜的原材料选择范围广、方法简单、适宜产业化要求，所制备的纳米晶铜 材料可用于制作电器闸刀开关导电部件和轴上滑动铜轴套，能够提高零件 的耐磨、耐蚀性能及稳定性，在极端工作环境中延长零件使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种纳米晶铜材料，该纳米晶铜材料是选择普通工业铜作为原材料， 并按如下步骤制备：1)热轧；2)高温退火：退火温度在300～400℃(优选 为320～350℃)范围内，退火时间为2～5小时；3)深度冷轧，冷轧变形度 为70～90％；从而获得所述纳米晶铜材料。

采用上述方法制备的纳米晶铜材料，在2-200K温度范围内，其线膨胀 系数为(1.01～1.98)×10^–5/K，定压比热为201～317J/kg.K。

本发明具有如下优点和积极效果：

1、本发明采用普通原料(紫铜)、普通制备工艺(常规热处理、热轧 和冷轧)获得纳米晶铜材料，所制备的纳米晶铜材料晶粒尺寸小，能制备 大尺寸样品，适宜产业化要求，样品大小可做标准拉伸性能实验。而现有 纳米晶铜材料晶粒尺寸偏大、样品尺寸大时则存在成分不均匀、性能不稳 定等弊端。如R.Z.Valiev采用深度塑性变形(SeverPlasticDeformation，缩 写：SPD)的特殊加工制备的纳米晶铜尺寸大于本申请，采用SPD方法使 用的样品一般为Φ20×(70～100)mm³。

2、本发明纳米晶铜材料，低温条件下(80K～300K)其各项性能优于 普通紫铜材料及现有纳米晶铜，如：抗磨损性能、耐蚀性能及抗形变能力 等，且各项性能稳定。

3、本发明纳米晶铜材料在2-200K温度范围内，其线膨胀系数为 (1.01～1.98)×10^–5/K，定压比热为201～317J/kg.K。

4、本发明纳米晶铜材料可用于制作闸刀开关导电部件或纳米晶铜轴套 零件，将其应用于低温条件下，在经过多次重复开、关或长时间使用之后， 仍具有接触良好、能耗较小，使用性能可靠以及使用寿命长等优点。而采 用普通紫铜制作的闸刀开关和滑动轴套，使用温度上限40℃，下限-5℃， 而采用现有技术中的纳米晶铜材料则由于其无法制备大尺寸样品而无法用 于制备闸刀开关或轴套零件，且本发明纳米晶铜材料的磨损性能、稳定性 及耐蚀能力等也远优于现有铜或纳米晶铜材料。

具体实施方式

以下结合实施例详述本发明。

实施例1

本实施例选择紫铜(本实施例采用Φ20)为原材料，按如下步骤操作：

1.热轧：将所述紫铜轧到4毫米厚；

2.热处理：高温退火，高温至310℃，保持2小时；