專利名稱：一種銅鉍合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導易切削銅基合金及其制備方法，屬銅基電工合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高導易切削銅合金具有優(yōu)良的導電性能和易切削的特性即切削后合金表面光潔度高，其主要性能要求是在不損失導電率和導熱率的前提下，使合金具有易切削性。銅基合金材料主要用作汽車、摩托車、電工、電子、電力等行業(yè)中的電阻焊電極、引線框架、導電橋等材料，還可用于部分替代有毒的鈹青銅、磷青銅等制作繼電器支座和高低壓接插元件等。 目前，國內(nèi)外廣泛使用的易切削銅主要是HP1359-1，通常規(guī)定它的易切削性為100%，但該合金含約m的鉛，導電率不超過30IACS%。該合金不能滿足對導電率不小于80 IACS%的導電性能要求。純銅由于粘度較大，不宜加工或無法加工成表面光潔的元器件，在加工過程中不斷屑，導致細長的屑刮傷器件表面，無法滿足插接件、連接件表面光潔度的要求。因此，在此類應(yīng)用中在保持高導電率前提下，易切削性就成為對銅合金比較突出的性能要求。許多年來，該領(lǐng)域新材料的研究主要集中于銅一氧族元素，如Cu-S，Cu-Se,Cu-Te，Cu-I^b等。制備技術(shù)為合金熔鑄法。強化手段為形變強化、固溶強化或時效強化等。雖然這些方法對銅基合金材料的性能和使用范圍有所改善，但對材料導電率、易切削性、高溫硬度和軟化溫度等性能有待進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種銅鉍合金及其制備方法，明顯改善了銅的組織結(jié)構(gòu)，提高了材料的力學性能和高溫強度、軟化溫度，并且能改善材料的易切削性能。利用添加Bi元素、真空熔煉、自由鍛造、中間熱處理及擠壓拉拔加工等先進塑性變形的優(yōu)化集成，為新型銅基電工合金材料及制品的加工提供了新途徑。本發(fā)明的技術(shù)方案是制備一種銅合金材料，其化學成份為Bi 0. 0001 3. 0wt%，余量為Cu。將銅和一定重量百分比的鉍經(jīng)真空中頻熔煉成中間合金，再將電解純銅和上述CuBi中間合金按CuBi合金設(shè)計成分比例配好，經(jīng)真空中頻熔煉制備成CuBi合金錠，合金錠經(jīng)過模鍛、退火、擠壓、拉拔等工藝加工，獲得棒材或絲材等成品。其具體制備步驟包括如下
(1)取純度為彡99.95wt%的電解金屬銅和純度為彡99. 9wt%的金屬鉍，按重量百分比100 200:3 1混合配料，在真空度>1X10 —2I^a的條件下加熱至1044 1074°C熔煉 0. 1 Ih,自然冷卻后得到CuBi0.5_3中間合金；
(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3中間合金和高純電解銅按重量比1:50 200混合配料，在真空度MXlO-2I3a并充氬氣保護的條件下，加熱至IOM 1084°C熔煉10 60分鐘，自然冷卻后得到CuBi合金；(3)在100 250MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在400 800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度>1X10 —2I^a的條件下真空退火1 12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比10 20:1，擠壓溫度為600 850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒CuBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經(jīng)過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據(jù)最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CuBi高導電易切削合金制品；
(7)根據(jù)使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CuBi高導電易切削合金制品。所述步驟(6)中拉拔和軋制的總變形量為30 90%，熱處理溫度為400 800°C， 時間0. 5 12h。所述CuBi0.5_3是指Cu與Bi的重量百分比為99. 5 97:0. 5 0. 3。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是
1、過渡元素Bi能夠有效地促進了 Cu合金的組織細化過程，明顯改善了材料的組織結(jié)構(gòu)，提高了材料的力學性能和高溫強度、軟化溫度等；但過多的Bi嚴重影響CuBi合金的加工性能。2、Bi元素幾乎不固溶于銅中，對合金材料的電阻率影響較小，容易滿足高電導率的要求。3、Bi元素均勻地分布于銅的晶界上，因此能改善材料的易切削性能。4、該在銅合金中沒有添加Pb、Cr等有害元素，在制備的電器元件中就不含有游離態(tài)Hk Cr等有害元素，因此能滿足歐盟綠色認證(RoHS)。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明的保護內(nèi)容不限于所述范圍。實施例1
(1)取純度為彡99.95wt%的電解金屬銅和純度為彡99. 9wt%的金屬鉍，按重量百分比 100:3混合配料，在真空度為1. 5X10 —2I^a的條件下加熱至1044°C熔煉lh，自然冷卻后得到CuBiQ.5_3中間合金；
(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3中間合金和高純電解銅按重量比1:50混合配料，在真空度為1.5X10 —2I^a并充氬氣保護的條件下，加熱至熔煉60分鐘，自然冷卻后得到 CuBi合金；
(3)在250MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在400°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為1.5X10-2Pa的條件下真空退火lh，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比10:1，擠壓溫度為600°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經(jīng)過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據(jù)最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CuBi高導電易切削合金制品；拉拔和軋制的總變形量為30%，熱處理溫度為400°C，時間0.證。
(7)根據(jù)使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CuBi高導電易切削合金制品。制得的銅合金材料，其化學成份為Bi 0.0001wt%，余量為Cu。實施例2:
(1)取純度為彡99.95wt%的電解金屬銅和純度為彡99. 9wt%的金屬鉍，按重量百分比 150:2混合配料，在真空度為2X10 —2I^a的條件下加熱至1060 。C熔煉0. Ih,自然冷卻后得到CuBitl. 5_3中間合金；
(2)將步驟(1)制得的CuBia5_3中間合金和高純電解銅按重量比1:100混合配料，在真空度為2 X 10 + 2! 并充氬氣保護的條件下，加熱至1084°C熔煉35分鐘，自然冷卻后得到 CuBi合金；
(3)在ISOMPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在600°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為2X10 —2Pa的條件下真空退火10h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比20:1，擠壓溫度為800°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經(jīng)過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據(jù)最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CuBi高導電易切削合金制品；拉拔和軋制的總變形量為80%，熱處理溫度為800°C，時間12h。(7)根據(jù)使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CuBi高導電易切削合金制品。銅合金材料，其化學成份為Bi 0.3wt%，余量為Cu。(結(jié)果如表所示)
實施例3
(1)取純度為彡99.95wt%的電解金屬銅和純度為彡99. 9wt%的金屬鉍，按重量百分比 200: 1混合配料，在真空度為3X10 —2I^a的條件下加熱至1074°C熔煉0. 8h，自然冷卻后得到CuBiQ.5_3中間合金；
(2)將步驟(1)制得的CuBia5_3中間合金和高純電解銅按重量比1:200混合配料，在真空度為3X10 —2I^a并充氬氣保護的條件下，加熱至1060°C熔煉10分鐘，自然冷卻后得到 CuBi合金；
(3)在IOOMPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；
(4)在800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度為3X10 —2Pa的條件下真空退火12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；
(5)在擠壓比15:1，擠壓溫度為850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒 CuBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；
(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經(jīng)過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據(jù)最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CuBi高導電易切削合金制品；拉拔和軋制的總變形量為90%，熱處理溫度為600°C，時間10h。(7)根據(jù)使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CuBi高導電易切削合金制品。銅合金材料，其化學成份為Bi 3.0wt%，余量為Cu。表1 CuBia3室溫縱向力學性能指標
權(quán)利要求
1.一種銅鉍合金，其特征在于化學成份為Bi 0. 0001 3. 0wt%，余量為Cu。
2.一種銅鉍合金的制備方法，其特征在于具體制備步驟包括如下(1)取純度為彡99.95wt%的電解金屬銅和純度為彡99. 9wt%的金屬鉍，按重量百分比100 200:3 1混合配料，在真空度>1X 10 + 2! 的條件下加熱至1044 1074°C熔煉 0. 3 Ih,自然冷卻后得到CuBi0.5_3中間合金；(2)將步驟(1)制得的CuBiQ.5_3中間合金和高純電解銅按重量比1:50 200混合配料，在真空度MXlO-2I3a并充氬氣保護的條件下，加熱至IOM 1084°C熔煉10 60分鐘，自然冷卻后得到CuBi合金；(3)在100 250MPa壓力下將步驟(2)所得到的合金鑄錠進行鍛壓成棒形；(4)在400 800°C溫度下將步驟(3)中得到的鍛壓半成品在真空度>1X10 —2I^a的條件下真空退火1 12h，自然冷卻后獲得退火態(tài)合金棒；(5)在擠壓比10 20:1，擠壓溫度為600 850°C的條件下，將步驟(4)中得到的退火態(tài)合金棒CuBi合金錠擠壓成管材、棒材或片材；(6)將步驟(5)中得到的半成品依次經(jīng)過拉拔、軋制、熱處理工序加工管材、棒材或片材后，根據(jù)最終的使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制得CuBi高導電易切削合金制品；(7)根據(jù)使用要求，再進行棒材或絲材的精加工，最終制備得CuBi高導電易切削合金制品。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的銅鉍合金的制備方法，其特征在于所述步驟(6)中拉拔和軋制的總變形量為30 90%，熱處理溫度為400 800°C，時間0. 5 12h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅鉍合金及其制備方法，屬于銅基電工材料。銅基電工合金的重量百分比化學成份為0.0001～3.0Bi，余量為Cu。將銅和一定重量百分比的鉍經(jīng)真空中頻熔煉成中間合金，再將電解純銅和上述CuBi中間合金按CuBi合金設(shè)計成分比例配好，經(jīng)真空中頻熔煉制備成CuBi合金錠，合金錠經(jīng)過模鍛、退火、擠壓、拉拔等工藝加工，獲得棒材或絲材等成品。該合金材料具有導電率大于90IACS%、導熱性好，室溫最大抗拉強度大于280MPa等優(yōu)點，此外具有較好的易切削性能,經(jīng)切削后表面光潔度高?？捎米鲭娏?、電工、電子、機電等行業(yè)中的導電插桿、電阻焊電極、引線框架、導電橋和換向器等材料。
文檔編號C22F1/08GK102492868SQ201110440599
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者史慶南, 左孝青, 易健宏, 竺培顯, 陳亮維 申請人:昆明理工大學