[发明专利]一种高性能铜合金线丝材短流程制备加工方法

说明书

本发明公开了一种高性能铜合金线丝材短流程制备加工方法，包括以下步骤：定向凝固：将铜合金原材料放入定向凝固炉内使得金属融化并进行冷却成型，获得单晶或柱状晶组织的铸锭；均匀化退火处理：将上述铸锭进行均匀化退火；电脉冲拉拔：将经过均匀化退火处理后的材料进行电脉冲拉拔；时效处理：将经过电脉冲拉拔工艺后的铜合金线、丝材进行时效处理。本发明通过利用定向凝固技术获得单晶或柱状晶组织的铸锭，利用均匀化退火消除合金中的枝晶偏析，通过电脉冲拉拔技术在快速细化基体晶粒尺寸，消除加工硬化现象，大幅度增加材料的塑性成型能力，最后通过时效处理获得细小弥散的第二相粒子，以获得超高强力学性能的铜合金线材、丝材。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高性能铜合金线丝材短流程制备加工方法。

背景技术

铜及其合金是一种非常重要有色金属和战略物资，是电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防军工、航空航天等工业领域的重要基础材料。根据中国有色金属工业协会统计，我国铜资源匮乏，每年对外依存度高达70％以上，尤其是高强高导电铜合金线材、丝材具有严重的进口依赖性。

高强高导电铜合金具有较高的强度、弹性和优良的导电、导热等优良性能，成为我国电子通讯、航空航天、石油化工、海洋工程、新能源等高新技术领域的关键结构功能材料，尤其是铜合金线材、丝材在制造仪器仪表，半导体领域的集成电路引线框架、精密电子元器件、接插件等方面应用广泛。随着电子通讯等行业的快速发展，高负载、高可靠性和高服役寿命已成为导体功能器件的主要发展方向，这使得作为信号传输、结构支撑和热管理系统等用的高强导电铜合金的服役条件变得更加苛刻。考虑到国家发展战略，实现国家资源安全和实现双碳生活的重要目标，突破国外技术封锁，防止掐脖子现象的发生，因此制备出具有超高强度，良好的导电率的铜合金线、丝材具有极高的应用价值及行业潜力。

目前，针对铜合金板材，带材的制备加工方法存在很多，然而对于铜合金的线材，丝材的制备加工研究鲜少。专利号为CN113981268A的专利申请文件中公开了一种黄铜线材的制备方法。该工艺通过控制熔炼工艺获得相应成分的熔体，然后采用半连续铸造(铸造温度1030～1080℃，拉铸速度200～300r/min)的方式在结晶器中凝固，获得尽可能高密度等轴晶粒的铸锭(直径为145mm)，最后将铸锭加热到650～680℃后进行挤压工艺，得到直径为6.4mm的线材，通过酸洗线材表面然后进行拉拔工序，制备出直径为6mm的线材。专利号为CN112195360A的专利申请文件中公开了一种超高张力稀土铜银合金超细微电子线材的制备方法。该工艺通过下引连铸的方法制备出全等轴晶组织的铸锭，扒皮后进行连续挤压(温度550～650℃，挤压比1：1)，随后进行固溶处理(800～850℃)并通过多道次的Y型轧制进一步细化晶粒组织，最后通过多道次的拉拔工艺制备出线材。专利号为CN112030030A的专利申请文件中公开了一种高强高导铜合金线材及其制备方法。该工艺通过熔炼浇铸出锭坯，去皮后通过在400～600℃保温1～3h后进行挤压(挤压比为5～10：1)形成合金棒材，并结合磁场(磁场强度为0.5～1.0T)将棒材放置于液氮中(温度为-300～-100℃)进行拉丝工艺，拉拔完成后进行退火处理。上述工艺均通过在熔炼过程中利用细化剂获得等轴晶粒组织，然后通过高温挤压(400～700℃)、轧制等手段将铸锭加工成棒材，最后经过固溶、拉拔、退火等工艺获得对应的线材。一方面，铜基体晶粒粗大和不均匀组织会使得合金线材冷轧过程中变形不均匀程度夹具，产生严重的内应力分布不均匀和较大的残余应力，导致合金的表面质量以及尺寸精度较差；另一方面，上述工艺为了提高铜合金线材的强度，对较大变形量冷轧后的线材进行时效处理，在控制不发生再结晶的基础上析出大量的强化相，但是铜基体晶粒仍然是沿着拉拔方向被拉长的纤维组织，合金线材组织和性能的各向异性严重，难以满足铜合金线材在服役过程中日益增长的对高寿命，高稳定性的要求。同时上述工艺流程复杂繁琐，需要多次进行热处理，挤压，轧制，酸洗，拉拔等工序，加工成本高。因此，如何克服铜合金线材，丝材传统生产工艺的不足，亟需开发出一种兼顾基体组织细化和析出相弥散强化作用的高强度、高韧性的高性能铜合金线、丝材制备工艺。

发明内容