[发明专利]一种高强高导Cu-Nb合金材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高导Cu‑Nb合金材料的制备方法，Cu‑Nb合金材料，按照重量百分比计，由以下成分组成：Nb：2.5～7.5wt.％，Zr：0.10～0.15wt.％，Ag：0.08～0.16wt.％，余量为Cu，制备方法包括配料、真空感应熔炼、均匀化处理、热锻处理、室温旋锻处理、退火处理及室温旋锻处理。以Cu‑Nb中间合金取代纯Nb，添加微量Zr、Ag元素，通过熔炼铸造方式制备的合金锭力学、电学性能优异，组织均匀，相对Cu/Nb复合叠轧方法制备工艺简单高效，工业化前景良好，适合应用于轨道交通、电子电器、脉冲强磁场、航天航空等领域。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种高强高导Cu-Nb合金材料的制备方法。

背景技术

铜合金广泛应用于轨道交通、电子电器、高强磁场、航天航空等领域，是制作接触线、引线框架、磁场磁体、卫星承载构件等关键材料。随着信息、能源及国防的高速发展，材料的服役条件及对材料力学性能的要求变得越来越苛刻，越来越多的铜合金构件材料要求兼具高强度及高导电性。

近年来，具有高强度和高导电性的铜基材料被有效地应用于脉冲强磁场领域，开发兼具高强度和高导电性的铜基复合材料对制造出强磁场提供了巨大的基础支撑。以强磁场领域为例，研制抗拉强度≥1GPa，电导率≥70％IACS的铜合金磁体材料，是实现100T强磁场的必要条件。在这种思路下，Cu/Nb、Cu/Nb/Cu等一系列铜基复合线材应运而生，在保证导电性的同时，兼具高强度、良好的抗辐射性和热稳定性等诸多优点，成为核电应用中最具潜力的导电材料。

关于脉冲强磁领域用高强导电铜合金材料如中国发明专利《一种铜铌复合材料的制备方法》，其专利号为ZL201910862326.8公开了一种铜铌复合材料的制备方法，所述铜铌复合材料中各组分化学质量百分数为：铌含量为10～20％，余量为铜。其制备工艺为：将熔融的金属铜液浇注入嵌有铌棒的模具中，实现铜与铌的固液复合，制备铜铌复合材料坯料，随后采用多道次热锻与冷轧等塑性加工手段，使得铌相尺寸细化至纳米量级，获得高强度复合材料，材料的抗拉强度为700-1050MPa，电导率为65-85％IACS。该方法制备工艺较复杂，变形过程中铜-铌之间界面结合控制难度较大，适合实验室基础研究。

又如中国发明专利申请《一种铜-铌超导复合材料的制备方法》，其专利申请号为CN201911180930.9公开了一种铜-铌超导复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤： (1)将铜粉和铌粉混合均匀；(2)将混合均匀的铜-铌粉末倒入模具中在压力机上压制成铜- 铌自耗电极棒料；(3)将压制好的铜-铌自耗电极棒料装入真空烧结炉内进行烧结得到铜- 铌自耗电极；(4)将铜-铌自耗电极在保护气体中焊接在辅助电极上，放入真空电弧炉中熔炼，得到铜-铌超导复合材料。利用上述方法制备出的铜-铌超导复合材料成分均匀，无成分偏析现象，无夹杂物产生，但制备工艺复杂，成本较高，适合小批量试样制备。又如中国发明专利申请《一种高强高导铜铌合金材料及其制备方法》，其专利申请号为 CN201911370716.X公开的制备方法包括步骤S1：将铜粉、铌粉在球磨罐中球磨成纳米粉体，其中，铌粉的含量大于0小于等于1wt.％，其余为铜粉；步骤S2：将所述纳米粉体压制成型得到坯体；步骤S3：将所述坯体在420～500℃条件下进行烧结得到材料。此发明高强高导铜铌合金的制备过程无熔炼，达到节能环保的效果，并且获得铜铌合金材料具有高强度和高电导率，但粉末冶金工艺制备成本较高，并且试样的尺寸受到限制。再如中国发明专利《一种高强度、高导电、抗高温软化性能的Cu-Nb合金制备方法》，其专利号为CN201010146348.3，公开了一种粉末冶金制备Cu-Nb合金材料的方法，Cu、 Nb质量比为(70.4～99)∶1，此方法制备的Cu-Nb合金材料抗拉强度达600～800MPa，导电率可达84～89％IACS，抗软化温度达900～1100℃，但此发明采用粉末冶金工艺，成本相对较高。

因此，需要对现有的Cu-Nb合金材料的制备方法作进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种上述具有高抗拉强度和高导电率的高强高导Cu-Nb合金材料的制备方法。