[发明专利]高强度、高导电、高抗应力松弛铜合金弹性材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度、高导电、高抗应力松弛铜合金弹性材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。该材料的重量百分比组成为：Co 1.8～3.0％，Ni 2.3～3.6％，Si 1.0～1.5％，Cr 0.05～0.1％，Ag 0.01～0.05％，Zr 0.02～0.05％，B 0.02～0.05％，其余为Cu，其中，Ni/Co的质量比为1.2～2，Ag、Zr、B的质量和为0.05～0.1％。通过熔炼及铸造，均匀化热处理，热轧，固溶处理，一次冷轧，一级时效处理，二次冷轧，二级时效处理制备得到该材料。本发明材料的抗拉强度、电导率、延伸率和抗应力松弛性能完全满足汽车大电流继电器和连接器的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种高强度、高导电、高抗应力松弛铜合金弹性材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。

背景技术

高强度高弹性铜基合金凭借其高强度、优良的弹性、耐疲劳、弹性滞后小等性能，广泛地使用于医疗、航空航海导航仪器、机械制造、仪表和仪器制造等行业中。目前国内市场上铜基弹性合金主要以锡磷青铜和铍青铜等材料为主，由于锡磷青铜合金的弹性性能和抗应力松弛性能较差，大多数应用于对弹性性能要求较低的使用环境中。

铍青铜合金是一种时效析出强化的合金，经固溶时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点，被誉为“有色弹性材料之王”，可以广泛用于电子电器、通讯仪器、航空航天、石油化工、冶金矿山、汽车家电、机械制造等多种领域，已成为国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。铍青铜按照铍含量高低可以分为高铍铜(Be：1.6-2.2％)和低铍铜(Be：0.15-0.7％)合金两类，其中高铍铜合金属于高强度型弹性合金，低铍铜合金属于导电型弹性合金。在20世纪90年代末，随着汽车行业的迅速发展，电子元件的用量得到快速的增加，对铍青铜合金的性能要求也越来越高，尤其汽车发动机舱部件中的控制系统部位，其工作温度比较高，且震动厉害，要求铍青铜合金具有更高的耐高温和抗应力松弛性能力，这使得高强度铍青铜无法满足汽车大电流继电器及高温连接器的要求。2003年，Brushwellman公司通过调整低铍青铜合金中Ni、Be元素含量比和生产工艺，研发了一种具有高强度、高电导率及高抗应力松弛型铍青铜合金-390合金(抗拉强度大于1000MPa，导电率大于40％IACS，150℃保温1000h的抗应力松弛大于85％)，突破了C17200合金具有高强度低电导率和C17510合金具有高电导率低强度的性能瓶颈，成功应用在汽车大电流继电器和连接器领域。

铍青铜由于含铍这一剧毒元素，在生产过程中严重危害人的健康。每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘，就会使人染上急性肺炎—铍肺病，铍的化合物在动物的组织和血浆中形成可溶性的胶状物质，使组织器官发生各种病变，在肺和骨骼中铍还可能引发癌症。此外，铍青铜在高于200℃环境下使用时，其强度、弹性急剧下降，应力松弛率高达40％以上，导致继电器在工作状态下的灭弧能力、反力特性的改变，弹性性能急剧降低，甚至工作失效。另外，由于铍青铜合金的生产工艺复杂，组织性能对热处理敏感，工艺操作上的差异很容易造成晶粒大小不均匀、强化相析出不均匀，导致合金在服役过程中容易出现裂纹降低材料的使用寿命短。因此，开发出高强、高弹、导电、高抗应力松弛的环境友好型高性能弹性铜合金是国外研究与攻关的重点。前苏联、美国、日本和中国相继开发出的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。这些合金都具有相当高的强度(≥1000MPa)，而且在150℃下仍然保持较高的强度和稳定的弹性性能，但这些合金的导电率比较低，都不超过15％IACS，低于高铍青铜合金。

近年来研制了高含量的CuNiSi系合金，如CN101333610B所述合金有高的强度(≥1000MPa)和良好的抗应力松弛，但导电率较低，不超过30％IACS，难以满足汽车大电流继电器和连接器使用要求。

发明内容