[发明专利]一种制备铜银复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别涉及一种制备铜银复合材料的方法。

背景技术

高强度高导电率Cu基复合材料主要应用于高速列车接触线、集成电路引线框架材料、高脉冲磁体线圈以及电触头材料领域，是一种强度和导电率结合较好的结构功能材料。然而此类材料在加工过程中，通常随强度的增加导电率会显著下降，如何在增强材料强度的同时保持较高的导电率是此类材料研究的关键。已有的研究主要选择在Cu基体中添加固溶度较小的过渡族元素，如Nb、Cr、Fe等bcc金属和Ag 等fcc金属元素。然而Cu-Ag合金较Cu-bcc类合金具有以下优点：（1）在变形过程中，随形变量的增加，Cu、Ag两相具有相同的晶体结构，发生协调变形，因此Cu-Ag复合材料的加工硬化率比Cu-Nb等复合材料要快；（2）Cu-Ag合金熔点低，容易熔炼，微观组织容易控制；（3） Ag的导电性较好。因此Cu-Ag合金是其中较优的候选材料。另外，研究表明原位形变Cu-Ag复合材料的抗拉强度和导电率与Cu基体内纳米Ag析出相尺寸和含量有关，析出相越多、越细小，拉拔后的纤维强化效果越好，并且溶质原子的析出也有利于降低电子的固溶散射，提高电导率。

发明内容

针对现有技术的现状，本发明提供一种制备铜银复合材料的制备方法，制备出强度和导电率匹配良好的Cu-Ag结构功能材料。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、以无氧铜和电解银为原料，熔炼后制成Cu-Ag合金液，其成分按重量百分比为Ag 10~20%，余量为Cu；

2、将Cu-Ag合金液置于真空电炉中，加热到960~1200℃，保温0.5~1小时，然后随炉冷却，获得铸态Cu-Ag合金；在保温和随炉冷却过程中，对真空电炉施加强度为10~12T的稳恒磁场；

3、将铸态Cu-Ag合金在700~800℃条件下保温1~3小时，然后在650~750℃热锻，制成形变Cu-Ag合金，控制形变Cu-Ag合金的减面率为5~10%；

4、将形变Cu-Ag合金在室温条件下进行拉拔，保持拉拔方向与热锻方向垂直，制成形变Cu-Ag复合材料，控制形变Cu-Ag复合材料的总减面率为70~80%；

5、将形变Cu-Ag复合材料进行真空热处理，要求热处理温度为400~500℃，热处理时间为1~3小时，获得铜银复合材料。

本发明制备的铜银复合材料抗拉强度为550~1560MPa，导电率为65~95%IACS。

上述方法中施加直流磁场的设备为超导磁体或水冷磁体，施加交流磁场的设备为电磁搅拌器。

本发明的有益效果是：（1）在Cu-Ag二元合金的凝固过程中施加磁场，通过磁场控制熔体对流，可以达到细化Cu枝晶目的；（2）通过直流磁场抑制溶质的对流扩散，可以达到减少Ag原子在Cu基体内的固溶；（3）通过强磁场磁化能加速Ag原子从Cu中析出，降低Ag在基体中的固溶度，增加实效强化，降低导电电子的固溶散射。

具体实施方式

本发明实施例中采用的无氧铜和电解银为市购产品，无氧铜重量纯度99.97%以上，电解银重量纯度99.996%以上。

本发明实施例中铜银复合材料抗拉强度为550~1560MPa，导电率为65~95%IACS。

实施例1

以无氧铜和电解银为原料，熔炼后制成Cu-Ag合金液，其成分按重量百分比为Ag 10%，余量为Cu；

将Cu-Ag合金液置于真空电炉中，加热到960℃，保温1小时，然后随炉冷却，获得铸态Cu-Ag合金；在保温和随炉冷却过程中，对真空电炉施加强度为10T的稳恒磁场；

将铸态Cu-Ag合金在700℃条件下保温3小时，然后在650℃热锻，制成形变Cu-Ag合金，控制形变Cu-Ag合金的减面率为5%；

将形变Cu-Ag合金在室温条件下进行拉拔，保持拉拔方向与热锻方向垂直，制成形变Cu-Ag复合材料，控制形变Cu-Ag复合材料的总减面率为70%；

将形变Cu-Ag复合材料进行真空热处理，要求热处理温度为400℃，热处理时间为3小时，获得铜银复合材料。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

Cu-Ag合金液成分按重量百分比含Ag 15%；

加热到1100℃，保温0.8小时；对真空电炉施加强度为11T的稳恒磁场；

铸态Cu-Ag合金在750℃条件下保温2小时，然后在700℃热锻，减面率为8%；

控制形变Cu-Ag复合材料的总减面率为75%；