專利名稱：一種利用磁場制備原位形變Cu-Ag復(fù)合材料的方法
一種利用磁場制備原位形變Cu-Ag復(fù)合材料的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用磁場制備原位形變CU-Ag復(fù)合材料 的方法。
背景技術(shù)：
高強度高導(dǎo)電率Cu基復(fù)合材料主要應(yīng)用于高速列車接觸線、集成電路引線框架 材料、高脈沖磁體線圈以及電觸頭材料領(lǐng)域，是一種強度和導(dǎo)電率結(jié)合較好的結(jié)構(gòu)功能材 料。然而此類材料在加工過程中，通常隨強度的增加導(dǎo)電率會顯著下降，如何在增強材料強 度的同時保持較高的導(dǎo)電率是此類材料研究的關(guān)鍵。已有的研究主要選擇在Cu基體中添 加固溶度較小的過渡族元素，如Nb、CrJe等1^(3金屬和Ag等fee金屬元素。然而Cu-Ag 合金較Cu-bcc類合金具有以下優(yōu)點(1)在變形過程中，隨形變量的增加，Cu、Ag兩相具 有相同的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)生協(xié)調(diào)變形，因此Cu-Ag復(fù)合材料的加工硬化率比Cu-Nb等復(fù)合材料 要快；(2) Cu-^Vg合金熔點低，容易熔煉，微觀組織容易控制；(3) Ag的導(dǎo)電性較好。因此 Cu-^Vg合金是其中較優(yōu)的候選材料。另外，研究表明原位形變Cu-^Vg復(fù)合材料的抗拉強度和 導(dǎo)電率與Cu基體內(nèi)納米Ag析出相尺寸和含量有關(guān)，析出相越多、越細(xì)小，拉拔后的纖維強 化效果越好，并且溶質(zhì)原子的析出也有利于降低電子的固溶散射，提高電導(dǎo)率。
目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些關(guān)于制備形變原位Cu-Ag復(fù)合材料的報道。中國申請?zhí)?為ZL200510048639. 8的發(fā)明專利公開了 一種原位形變Cu-Ag-RE合金及制備技術(shù)，利用 微量稀土元素的添加細(xì)化了合金的鑄態(tài)組織，通過多次中間熱處理和大變形加工使材料 強度達(dá)到1500MPa，導(dǎo)電率達(dá)到60%IACS，該專利主要是利用稀土元素細(xì)化鑄態(tài)組織，從而 在后續(xù)拉拔中提高材料的強度。中國申請?zhí)柼枮閆L200810060775.2的發(fā)明專利公開了 Cu- (7-12) %Ag合金的冷拉拔加工的固溶時效處理方法，通過固溶時效處理與冷拉拔配合 工藝使材料的強度達(dá)到38(Tl400MPa，導(dǎo)電率為6(T92%IACS，這種工藝是利用固溶時效處 理結(jié)合冷拉拔技術(shù)提高材料的強度和導(dǎo)電率。近年來，隨著電磁場技術(shù)的不斷發(fā)展，磁場技 術(shù)在材料凝固微觀組織控制方面得到應(yīng)用，穩(wěn)恒磁場或電磁攪拌能夠控制熔體中的對流， 細(xì)化凝固組織，還能控制溶質(zhì)擴散和降低成分偏析，而已有的文獻(xiàn)中并沒有涉及穩(wěn)恒磁場 或電磁攪拌作用下Cu-Ag復(fù)合材料的制備。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種磁場作用下原位形變Cu-Ag復(fù)合材料的制 備方法，制備出強度和導(dǎo)電率匹配良好的Cu-Ag結(jié)構(gòu)功能材料。
本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行1、以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后制成Cu-Ag合金液，或熔煉后經(jīng)冷卻制成Cu-Ag合 金錠；Cu-Ag合金液或Cu-Ag合金錠的成分按重量百分比為Ag 6 25%，余量為Cu ；2、將Cu-Ag合金錠或Cu-Ag合金液置于真空電爐中，將Cu-Ag合金錠或Cu-Ag合金液 加熱到96(Tl200°C，保溫0. 05^1小時，然后隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，對真空電爐施加強度為廣20T的穩(wěn)恒磁場或最大強度為0. 0Γ0. 2Τ、頻率為 廣50Hz的交流磁場；
3、將鑄態(tài)Cu-Ag合金在70(T850°C條件下保溫0.5 1小時，然后在65(T850°C熱鍛，制 成形變Cu-Ag合金，控制形變Cu-Ag合金的減面率為5 10% ；
4、將形變Cu-Ag合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形 變Cu-Ag復(fù)合材料，控制形變Cu-Ag復(fù)合材料的總減面率為65、5% ；
5、將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為35(T550°C，熱處理時間 為0. 5^2小時，真空條件為10_5 10_2!^ ；對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔， 拉拔方向與步驟4的拉拔方向相同，并控制形變Cu-Ag復(fù)合材料總減面率為8(Γ98% ；
6、依次重復(fù)步驟5，至Cu-^Vg復(fù)合材料的橫截面直徑為0.2^3. 0mm，獲得原位形變Cu-Ag 復(fù)合材料。
本發(fā)明制備的原位形變Cu-Ag復(fù)合材料抗拉強度為55(Tl560MPa，導(dǎo)電率為 65"95%IACSo
上述方法中熔煉采用的設(shè)備為真空感應(yīng)熔煉爐。
上述方法中真空電爐是指真空電阻爐或感應(yīng)爐。
上述方法中施加直流磁場的設(shè)備為超導(dǎo)磁體或水冷磁體，施加交流磁場的設(shè)備為 電磁攪拌器。
本發(fā)明的有益效果是(1)在Cu-^Vg 二元合金的凝固過程中施加磁場，通過磁場控 制熔體對流，可以達(dá)到細(xì)化Cu枝晶目的；(2)通過直流磁場抑制溶質(zhì)的對流擴散，可以達(dá)到 減少Ag原子在Cu基體內(nèi)的固溶；(3)通過強磁場磁化能加速Ag原子從Cu中析出，降低Ag 在基體中的固溶度，增加實效強化，降低導(dǎo)電電子的固溶散射。


圖1為采用無磁場作用時獲得的鑄態(tài)Cu-^Vg合金宏觀組織照片圖； 圖2為本發(fā)明實施例3中獲得的鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片圖；圖3為不進(jìn)行電磁攪拌處理獲得的鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片圖； 圖4為本發(fā)明實施例6中的鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片圖。
具體實施方式
本發(fā)明實施例中采用的真空感應(yīng)熔煉爐型號為TG100A-25。
本發(fā)明實施例1、3中施加穩(wěn)恒磁場的設(shè)備為JMTD-12T100超導(dǎo)磁體。
本發(fā)明實施例2中施加穩(wěn)恒磁場的設(shè)備為JSD-20T52超導(dǎo)磁體。
本發(fā)明實施例中熱處理采用的設(shè)備為VHT-II型真空熱處理爐。
本發(fā)明實施例中采用的電磁攪拌器型號為DJ I/S T-1525Z。
本發(fā)明實施例中采用的無氧銅和電解銀為市購產(chǎn)品，無氧銅重量純度99. 97%以 上，電解銀重量純度99. 996%以上。
本發(fā)明實施例中鑄態(tài)Cu-Ag合金為直徑l(T30mm的圓柱體，熱鍛沿鑄態(tài)Cu-Ag合 金的軸向的垂直方向進(jìn)行，冷拔沿鑄態(tài)Cu-Ag合金的軸向進(jìn)行。
實施例1以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后制成Cu-^Vg合金液，Cu-^Vg合金液的成分按重量百 分比為Ag 6%，余量為Cu ；將Cu-Ag合金液置于真空電阻爐中，將Cu-Ag合金液加熱到1200°C，保溫1小時，然后 隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-^Vg合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，對真空電阻爐施加磁感應(yīng)強度 為IT的穩(wěn)恒磁場；將鑄態(tài)Cu-Ag合金在850°C保溫0. 5小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成形變 Cu-Ag合金，控制減面率為10% ；將形變Cu-^Vg合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制總減面率為65% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為350°C，熱處理時間為0. 5 小時，真空條件為10-2 ；對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并 控制形變Cu-Ag復(fù)合材料總減面率為80% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為3. Omm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為550MPa，導(dǎo)電率為95%IACS。
實施例2以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后經(jīng)冷卻制成Cu-^Vg合金錠；Cu-^Vg合金錠的成分按 重量百分比為Ag 14%，余量為Cu ；將Cu-Ag合金錠置于真空電阻爐中，將Cu-Ag合金錠加熱到980°C，保溫0. 3小時，然后 隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，對真空電阻爐施加磁感應(yīng)強度 為20T的穩(wěn)恒磁場；將鑄態(tài)Cu-Ag合金在800°C條件下保溫0. 8小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成 形變Cu-Ag合金，控制減面率為9% ；將形變Cu-^Vg合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制形變Cu-Ag復(fù)合材料的總減面率為70% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為400°C，熱處理時間為1小 時，真空條件為3 X KT3Pa;對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并 控制形變Cu-Ag復(fù)合材料總減面率為90% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為1. Omm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為950MPa，導(dǎo)電率為80%IACS。
實施例3以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后制成Cu-Ag合金液，Cu-Ag合金液的成分按重量百分 比為Ag25%，余量為Cu ；將Cu-Ag合金液置于真空電阻爐中，將Cu-Ag合金液加熱到960°C，保溫0. 05小時，然 后隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-^Vg合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，對真空電阻爐施加磁感應(yīng)強 度為12T的穩(wěn)恒磁場；鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片如圖2所示；將鑄態(tài)Cu-Ag合金在750°C條件下保溫1小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成形 變Cu-Ag合金，控制形變Cu-Ag合金的減面率為5% ；將形變Cu-Ag合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制形變Cu-Ag復(fù)合材料的總減面率為85% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為35(T550°C，熱處理時間為 0. 5 2小時，真空條件為KT5Pa;對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并 控制形變Cu-Ag復(fù)合材料總減面率為98% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為0. 2mm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為1510MPa，導(dǎo)電率為65%IACS ；采用同種原料制備Cu-Ag合金液，然后按上述方式制備鑄態(tài)Cu-Ag合金，不同點在于不 施加穩(wěn)恒磁場，獲得的鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片如圖2所示。
實施例4以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后經(jīng)冷卻制成Cu-Ag合金錠；Cu-Ag合金錠的成分按 重量百分比為Ag 6%，余量為Cu ；將Cu-Ag合金錠置于感應(yīng)爐中，將Cu-Ag合金錠加熱到960°C，保溫1小時，然后隨爐冷 卻，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，采用電磁攪拌器對感應(yīng)爐施加最大磁 感應(yīng)強度為0. 01T、頻率為2Hz的交流磁場；將鑄態(tài)Cu-Ag合金在750°C條件下保溫0. 8小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成 形變Cu-Ag合金，控制減面率為10% ；將形變Cu-Ag合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制總減面率為65% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為450°C，熱處理時間為1. 5 小時，真空條件為10-5 ；對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并 控制總減面率為80% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為3. Omm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為915MPa，導(dǎo)電率為85%IACS。
實施例5以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后制成Cu-^Vg合金液，Cu-^Vg合金液成分按重量百分 比為Ag 14%，余量為Cu;將Cu-Ag合金液置于真空電阻爐中，將或Cu-Ag合金液加熱到1100°C，保溫0. 2小時， 然后隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，采用電磁攪拌器對感應(yīng)爐 施加最大磁感應(yīng)強度為0. 2T、頻率為32Hz的交流磁場；將鑄態(tài)Cu-Ag合金在800°C條件下保溫0. 5小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成 形變Cu-Ag合金，控制減面率為8% ；將形變Cu-^Vg合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制總減面率為80% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為350°C，熱處理時間為2小 時，真空條件為10_3Pa;對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并控制總減面率為95% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為0. 2mm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為1150MPa，導(dǎo)電率為78%IACS。
實施例6以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后經(jīng)冷卻制成Cu-^Vg合金錠；Cu-^Vg合金錠的成分按重 量百分比為Ag25%，余量為Cu ；將Cu-Ag合金錠置于真空電阻爐中，將Cu-Ag合金錠加熱到1200°C，保溫0. 05小時， 然后隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；在保溫和隨爐冷卻過程中，采用電磁攪拌器對感應(yīng)爐 施加最大磁感應(yīng)強度為0. 1T、頻率為8Hz的交流磁場。鑄態(tài)Cu-Ag合金宏觀組織照片如圖 4所示；將鑄態(tài)Cu-^Vg合金在700°C條件下保溫1小時，然后在65(T850°C條件下熱鍛，制成形 變Cu-Ag合金，控制形變Cu-Ag合金的減面率為5% ；將形變Cu-^Vg合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形變 Cu-Ag復(fù)合材料，控制總減面率為85% ；將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為550°C，熱處理時間為0. 5 小時，真空條件為10_2Pa;對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉拔，拉拔方向與前次拉拔方向相同，并 控制總減面率為98% ；重復(fù)真空熱處理和再次室溫拉拔步驟，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為0. 5mm,獲得 原位形變Cu-Ag復(fù)合材料；其抗拉強度為1380MPa，導(dǎo)電率為76%IACS ；采用同種原料制備Cu-Ag合金錠，然后按上述方式制備鑄態(tài)Cu-Ag合金，不同點在于不 施加交流磁場，獲得的鑄態(tài)Cu-^Vg合金宏觀組織照片如圖3所示。電電子的固溶散射。
權(quán)利要求
1.一種利用磁場制備原位形變Cu-^Vg復(fù)合材料的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)以無氧銅和電解銀為原料，熔煉后制成Cu-Ag合金液，或熔煉后經(jīng)冷卻制成Cu-Ag 合金錠；Cu-Ag合金液或Cu-Ag合金錠的成分按重量百分比為Ag 6 25%，余量為Cu ；(2)將Cu-Ag合金錠或Cu-Ag合金液置于真空電爐中，將Cu-Ag合金錠或Cu-Ag合金 液加熱到96(T120(TC，保溫0. 05 1小時，然后隨爐冷卻，獲得鑄態(tài)Cu-^Vg合金；在保溫和隨 爐冷卻過程中對真空電爐施加強度為廣20T的穩(wěn)恒磁場或最大強度為0. 0Γ0. 2Τ、頻率為 廣50Hz的交流磁場；(3)將鑄態(tài)Cu-^Vg合金在70(T850°C條件下保溫0.5 1小時，然后在65(T850°C熱鍛，制 成形變Cu-Ag合金，控制形變Cu-Ag合金的減面率為5 10% ；(4)將形變Cu-^Vg合金在室溫條件下進(jìn)行拉拔，保持拉拔方向與熱鍛方向垂直，制成形 變Cu-Ag復(fù)合材料，控制形變Cu-Ag復(fù)合材料的總減面率為65、5% ；(5)將形變Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理，要求熱處理溫度為35(T550°C，熱處理時 間為0. 5^2小時，真空條件為10_5 10’a ；對熱處理后的Cu-Ag復(fù)合材料進(jìn)行再次室溫拉 拔，拉拔方向與步驟(4)的拉拔方向相同，并控制形變Cu-Ag復(fù)合材料總減面率為8(Γ98% ；(6)依次重復(fù)步驟(5)，至Cu-Ag復(fù)合材料的橫截面直徑為0.2^3. 0mm，獲得原位形變 Cu-Ag復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用磁場制備原位形變Cu-Ag復(fù)合材料的方法，其特征 在于所述的原位形變Cu-Ag復(fù)合材料抗拉強度為55(Tl560MPa，導(dǎo)電率為65 95%IACS。
全文摘要
一種利用磁場制備原位形變Cu-Ag復(fù)合材料的方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，按以下步驟進(jìn)行(1)以無氧銅和電解銀為原料，制成Cu-Ag合金液或Cu-Ag合金錠；(2)置于真空電爐中，保溫后隨爐冷卻，同時施加穩(wěn)恒磁場或交流磁場，獲得鑄態(tài)Cu-Ag合金；(3)將鑄態(tài)Cu-Ag合金保溫后熱鍛，制成形變Cu-Ag合金；(4)將形變Cu-Ag合金拉拔制成形變Cu-Ag復(fù)合材料；(5)將形變Cu-Ag復(fù)合材料真空熱處理，然后再次拉拔；(6)依次重復(fù)步驟(5)，獲得原位形變Cu-Ag復(fù)合材料。本發(fā)明的方法有效改善Cu-Ag合金的極限抗拉強度和導(dǎo)電率，制備的復(fù)合材料中性能上有較大提高。
文檔編號C22F1/08GK102031467SQ20101056333
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者左小偉, 張 林, 李貴茂, 王恩剛, 赫冀成 申請人:東北大學(xué)