[发明专利]一种Cu-Ag合金线材的制备方法

说明书

一种Cu‑Ag合金线材的制备方法，步骤为：(1)将铜、银以及合金元素熔炼形成合金，然后锻造。所述合金的元素包括铁、锡、铟、铬、铌、钨、钼、钛或锆；所述银的质量分数为1～6％，所述合金元素的质量分数为0～1％；(2)将锻造后的合金样品在低温下进行轧制和拉丝。本发明制备的Cu‑Ag合金线材由于铜的微观组织为孪晶、银为细小的纤维，使得材料的强度为500～1490MPa，导电率为67～95％IACS。该方法操作简单，成本较低，可用于大规模制备高强度高导电性能Cu‑Ag合金线材。

技术领域

本发明涉及一种Cu-Ag合金线材的制备方法。

背景技术

制备高强度高导电性铜导线对很多工业应用都具有重要意义，例如输电线路架空线、高速列车接触线、高强脉冲磁体、汽轮机转子和集成电路引线框架等。目前，中国共有68.8万千米电力传输线，传统使用的架空线为钢芯外包铝铰线，电能在输送过程中要损失5~10%，提高单位走廊传输功率的需求正变得日益迫切。Cu-Ag合金线兼具高强度高导电性能，可替代传统钢芯或铜芯用于架空输电线路，从而获得高强度高导电的导线，可有效增加载流量达12%，传输能量损耗最大可降低40%；同时，由于机械强度高，可以使杆、塔之间的跨距增大，降低建设成本。而且Cu-Ag合金线材具有加工工艺简单、生产成本低等特点，可大规模工业生产。

现有研究中，Cu-Ag合金线由于具有优异的综合性能，得到了广泛的关注。已有报道，通过熔炼后拉丝、添加合金元素、粉末冶金等方法可以制备Cu-Ag合金，其中熔炼后拉丝的方法可以得到兼具高强度和高导电性的Cu-Ag合金线材，且制备成本较低，可大规模生产。

通过对熔炼拉丝得到的Cu-Ag合金线材的强化和导电机制的研究，人们发现合金线材的加工工艺对其性能有重要影响，现有报道中，加工工艺为时效处理与强烈冷变形加工。其中，时效处理后铜基体中析出Ag纳米颗粒，后续强烈冷变形加工可以使Ag纳米颗粒变为Ag纳米纤维，这种复合结构可获得非常高的强度；同时Cu基体中的溶质原子析出，可使铜保持较高的导电率。由于Cu-Ag合金的导电性取决于铜基体，强化主要来自于Ag纤维的第二相强化，故Ag含量对线材的强度和导电性具有重要影响，随着合金中Ag含量的增加，合金的强度逐渐提高，导电性逐渐降低。工业生产中，为了降低成本，银的质量分数应尽可能低。所以，Ag含量的选择至关重要，既要使合金线材具有优异的强度和导电性，同时也应最大限度降低生产成本。

此外，在Cu-Ag合金的铜基体中引入孪晶是一种既可以获得高强度又能够保持高导电性的有效手段。有研究表明，通过引入孪晶能够有效提高材料的强度，由于孪晶界不会阻碍电子的迁移，从而能够使铜基体保持较高的导电率。而传统冷加工变形的方法会在铜基体中产生大量高密度位错，尽管这种微观组织结构可以提高材料的强度，但会带来导电性的降低。因此，如何在Cu-Ag合金中引入大量孪晶而非位错成为制备高强度高导电性能Cu-Ag合金的关键技术。

东北大学王恩刚等“一种增强共晶强化的Cu-Ag合金及其制备方法” 的专利中，采用熔炼加冷变形的方法制备了Cu-Ag合金，其中Ag含量为15~30wt%，由于Ag高含量较高，从而制备成本也较高。北京有色金属研究总院解国良等“一种高强度高导电性能Cu-Ag合金的制备方法” 的专利中，采用固液双相凝固结合半固态铸造技术，结合多向高温、低温锻造+组合时效工艺制备材料，加工变形温度均为室温或高温，变形过程中铜基体中会产生大量高密度位错，从而降低导电性。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提出一种新的Cu-Ag合金线材的制备方法。本发明通过降低加工变形温度，在Cu-Ag合金中引入大量孪晶而非位错，从而提高强度的同时保持高导电性，获得高强度高导电性能Cu-Ag合金线材。

本发明Cu-Ag合金线材的制备方法，步骤如下：