[发明专利]一种超高强、低反偏析CuNiSn系弹性铜合金及其制备方法

说明书

一种超高强、低反偏析CuNiSn系弹性铜合金。本专利涉及一种超高强、低反偏析CuNiSn系弹性铜合金。超高强CuNiSn系弹性铜合金，(质量百分数％)，Ni：14.5‑22.0％；Sn：4.5‑8.5％；Mn：0.3‑0.6％；Mg：0.05‑0.2％；Ce:0.1‑0.15％；B:0.01‑0.10％；Sr:0.01‑0.1％；V:0.01‑0.1％，余量是Cu和不可避免的杂质，质量百分数。本发明合金组分合理，合金化程度高，生产工艺简单，操作方便，生产成本低。本发明生产的合金具有超高强度、高抗应力松弛等特性，与已报道的CuNiSn系弹性铜合金相比，采用熔铸法制备铸锭能够显著减少Sn的反偏析，成分可控性强，显著缩短均匀化退火的时间，节省能源，同时与铍青铜相比，具有高强度、良好的导电性能、高抗应力松弛性能和不含有毒元素(如铍)等优势。特别适用于航天、航空以及微电子工业高性能导电弹性器件等。

技术领域

本发明涉及一种CuNiSn系弹性铜合金及其制备方法，特别是指一种超高强、低反偏析CuNiSnSrBV系弹性铜合金及其制备方法。主要应用于航天、航空、舰船、兵器以及电子工业中高性能导电弹性器件。

背景技术

随着航空、航天、舰船、兵器等工业的发展，弹性铜合金材料的性能提出了更高的要求。高可靠性、高使用寿命、高负载、高环境适应能力和绿色环保已成为弹性铜合金材料的主要方向。高端弹性铜合金领域的最典型的铜合金是Cu-Be合金。它们具有高强度、高弹性、高硬度、高耐磨性、抗疲劳和优良的导电性能。但该合金含有Be这一剧毒元素而对人们的健康造成威胁，而且其在高于150℃环境下使用，材料弹性、强度急剧降低，导致继电器在工作状态下的灭弧能力、反力特性的改变，致使继电器工作失效，从而不能满足目前大功率密封继电器的要求。

开发出无铍的弹性铜合金已成为国内外研究与攻关的重点。80年代后期，前苏联、美国、日本和中国都已经开发并大量使用新型无铍弹性铜合金。相对于铍青铜，Cu-Ni-Sn系合金具有成本低、无毒、抗蚀性和焊接性好、高温下有较高的强度和热稳定性等诸多优点，在250℃以上性能优于铍青铜等。该合金在继电器、电位器、开关、接插件以及高精度仪器仪表传感器中的敏感元件中均有应用。

针对该合体系金，其制造的最大难度在于Sn元素在熔炼铸造过程中存在反偏析，从而使合金铸锭成分不均匀、成分可控性差，导致性能均匀一致性差；铸锭中，Sn元素含量的偏差量通常达到20％以上。采用粉末冶金或喷射沉积的方法可以有效减少Sn的反偏析程度，但这些制备工艺流程长，成本高。本领域一直希望利用贱金属合金化的手段来改善铸锭Sn的反偏析，以缩短Cu-Ni-Sn系合金制备工艺流程、降低生产成本，提高Cu-Ni-Sn系合金成分及微观组织的均匀性。目前通过微量添加元素来改善Cu-Ni-Sn系合金组织性能的合金元素主要包括：Fe元素能完全固溶到该合金基体中，微量Fe的加入，能够加速合金的形变热处理的过程，提高强化效果；Si元素通过时效析出的Ni₃Si,能够抑制合金时效时晶界处不连续沉淀物的形核、长大，提高合金的使用温度；Al元素的添加，使合金产生固溶强化效果，强度提高；Mn能够有效地延缓合金时效过程，显著提高合金的硬化效果和在酸中的耐腐蚀性；Cr元素的添加，可以减缓该合金的调幅分解过程，并提高合金强度；Zr元素的添加能有效地改善该合金的强度和延性；Nb元素能有效促进合金的调幅分解动力学，有效地细化合金的晶粒，改善合金的强度和塑性；Ti元素的添加可细化合金的晶粒并提高合金的强度和塑性。研究结果表明：上述元素的添加均在一定程度上提高合金的强度或塑性或使用温度等；但不能有效的减少CuNiSn系弹性铜合金熔铸过程中Sn的反偏析问题。而制备CuNiSn系弹性铜合金最大的难点在于如何有效地解决铸锭过程中Sn的反偏析问题，这已成为本领域长期以来一直希望解决而未能解决的技术难题。至今为止，通过合金化的手段减少CuNiSn系弹性铜合金熔铸过程中Sn的反偏析尚未见相关报道。

发明内容