[发明专利]一种替代铍青铜的Cu‑Li‑Ga铜锂合金

说明书

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铜锂合金。

背景技术

铍是钢灰色金属，比常用的铝和钛都轻，但强度是钢的4倍。现在有许多超音速飞机的制动装置是用铍来制造的，因为它有极好的吸热、散热的性能，刹车时产生的热量很快就会散失。铜比钢铁要软得多，弹性和抵抗腐蚀的能力也不强。但是铜合金中加进1-3.5wt.％的铍后，铜合金的性能发生了显著的变化。铍青铜是铜合金中性能最优良的弹性合金之一，具有良好的导热、导电、无磁性、弹性滞后小。铍青铜合金用于制造在高温下工作的弹簧，此种弹簧在红热状态下仍保持良好的弹性和韧性，可以压缩几亿次以上。铍青铜可以制作电子接插件触点、开关触点、关键零部件如膜盘、膜片、波纹管、弹簧垫圈、微电机电刷及整流子、电插接件、钟表零件、音频元件等，广泛应用于仪表、仪器、计算机、汽车、家电等工业中。铍青铜易于焊接和钎焊，在大气、淡水和海水中耐腐蚀性极好，被用来制造深海探测器和海底电缆。含镍的铍青铜有一个非常可贵的特点，就是受到撞击的时候不会产生火花。这个特点对制作军工、石油、矿山专用的工具至关重要。

但由于铍对人的健康和环境具有严重的损害作用，且铍青铜合金的热处理工艺复杂和实际生产难度大，使其只应用于特殊领域。国外己经开发的新型无铍弹性铜合金的导电率太低，均没能超过50%IACS，不能满足现代元器件对导电率的要求。锂作为合金化元素加入铜合金中可以大大提高铜合金的弹性性能和耐高温软化性能。开发新型高强、高导、高耐磨、高软化温度的铜锂合金已成为必然。

铜锂合金最大的特点是在冶炼过程中因为铜锂合金熔体容易氧化燃烧，生成疏松的氧化膜和氮化膜。这种不致密的熔体表面化合物膜不能阻止氧气和氮气向熔体表面的扩散，导致了铜锂合金熔体在熔炼过程中的不断氧化和消耗。因此，目前在铜锂合金的冶炼中一般采用氩气保护的方法来进行合金制备。而且冶炼温度在1200度左右。在如此高的温度下，锂由于蒸气压过大导致在冶炼过程中挥发过度，最后合金中剩余的锂含量过低。一般而言，采用氩气保护的方法熔炼的铜锂合金，最终锂的收得率只有10-30wt.%左右。而且该方法不同程度地存在着铸件易产生熔剂夹杂、设备复杂及生产成本高等缺点。因此使铜锂合金的研制、开发与应用受到了限制。在急需大规模使用铜锂合金的工业和国防领域，一直存在着现有产量少，工艺繁琐，成本高等急需克服的现状。

寻求更好的冶炼方法成为铜锂合金应用研究和产业化中的关键问题之一。通过合金化的方法达到防止在冶炼过程中铜锂合金熔体的氧化，是解决铜锂合金冶炼问题的发展方向之一。合金化阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发的机理是在合金中添加合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程。在合金表面形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的。与氩气保护相比，合金化阻燃可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终铜锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铜锂合金的力学性能水平。因而如何在铜锂合金中平衡各种合金元素的含量，制备出在大气环境下阻燃和防止锂在熔炼过程中挥发的铜锂合金，且具备优异的力学性能，是当前铜锂合金的一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在1200-1300度大气条件下进行熔炼的高强高导Cu-Li-Ga铜锂合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有现有铜锂合金的力学性能，和良好的室温塑性和抗氧化性能。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有在1200-1300度之间熔炼的高强高导Cu-Li-Ga铜锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li: 0.2-1.4wt.%, Ga: 1.0-2.0wt.%,Sr:2.0-3.0wt.%,Nd:0.1-0.2wt.%,Gd:0.1-0.2wt.%,Yb:0.1-0.3wt.%,In:0.6-0.8wt.%，B:0.1-0.2wt.%，余量为铜。该铜锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在2.0-5.0wt.%左右。