本發(fā)明屬于有色金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大尺寸高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的短流程制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)導(dǎo)電材料的各項(xiàng)性能提出了越來(lái)越高的要求，在高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈、大規(guī)模集成電路引線框架及高速電氣化鐵路接觸線等許多應(yīng)用場(chǎng)合，不僅要求導(dǎo)電材料具有高的電導(dǎo)率，還要求材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率。目前，形變?cè)粡?fù)合法是制備高強(qiáng)高導(dǎo)Cu基材料最理想的方法，它通過(guò)熔鑄技術(shù)在鑄態(tài)合金中原位形成第二相，并經(jīng)大塑性變形使合金中的第二相沿加工方向形成定向排列的纖維，其中纖維相是載荷的主要承擔(dān)者，Cu基體主要起導(dǎo)電通道的作用。現(xiàn)有的形變?cè)粡?fù)合法研究大多集中于Cu-Nb、Cu-Ag、Cu-Fe及Cu-Cr等合金，Nb和Ag屬貴金屬，使相應(yīng)材料的工業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用受到限制，F(xiàn)e在Cu基體中的高溫固溶度較高、低溫?cái)U(kuò)散速度慢，而固溶于Cu基體中的Fe原子嚴(yán)重?fù)p害材料的電導(dǎo)率。形變Cu-Cr系原位復(fù)合材料由于第二相Cr與Cu的液態(tài)溶混間隙小、成本較低、強(qiáng)化效果良好而引起了科技工作者們的廣泛關(guān)注。
形變Cu-Cr系原位復(fù)合材料的主要制備工藝通常是：中頻感應(yīng)熔煉、澆注、長(zhǎng)時(shí)間預(yù)備熱處理或固溶處理、熱軋、穿插中間熱處理的大塑性冷變形、最終熱處理等。其中，預(yù)備熱處理是為了消除或減少鑄造過(guò)程中引起的成分不均勻等非平衡凝固組織效應(yīng)，降低變形抗力；熱軋是為了消除或減少鑄態(tài)組織的微觀缺陷，破碎第二相枝晶，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀或棒狀組織；大塑性冷變形是為了使鑄態(tài)組織中無(wú)序分布的破碎的第二相枝晶，逐漸轉(zhuǎn)變成沿加工方向定向排列的纖維；適當(dāng)?shù)闹虚g熱處理是為了消除或減少大塑性冷變形引起的殘余應(yīng)力，以利于進(jìn)一步冷變形；最終熱處理是為了促進(jìn)固溶Cr原子的析出提高材料的電導(dǎo)率。這種制備方法的纖維相是通過(guò)大塑性變形破碎和細(xì)化第二相Cr枝晶獲得的，纖維連續(xù)性差，難以保證各種應(yīng)用場(chǎng)合下材料綜合性能的穩(wěn)定性。此外，為了獲得高強(qiáng)度，該類(lèi)材料的大塑性冷變形應(yīng)變量往往達(dá)到10甚至更高。上述對(duì)現(xiàn)有形變Cu-Cr系原位復(fù)合材料制備方法的分析表明，該方法工藝復(fù)雜，流程長(zhǎng)，熱、冷變形應(yīng)變量大，最終材料的截面尺寸很小，纖維連續(xù)性差，制備的材料使用綜合性能不穩(wěn)定。因此，非常有必要研制一種新的大尺寸高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr系原位復(fù)合材料及其制備方法，簡(jiǎn)化材料的制備工藝，縮短材料的制備流程，獲得大截面尺寸的材料，增強(qiáng)纖維的連續(xù)性，提高材料的使用綜合性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有形變Cu-Cr原位復(fù)合材料及制備技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的短流程制備方法，使定向凝固和冷拉變形相結(jié)合，大大減少冷變形應(yīng)變量、縮短工藝流程，顯著增加最終材料的截面尺寸，形成連續(xù)的增強(qiáng)相纖維，提高材料的使用綜合性能。
本發(fā)明所采用技術(shù)方案的具體步驟如下：
1、采用中頻感應(yīng)熔煉結(jié)合石墨模澆注的方法熔鑄Cu-Cr-Ag三元合金鑄錠；
2、將鑄錠放入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中進(jìn)行定向凝固處理，使Cr枝晶沿軸向形成定向排列的微納米級(jí)纖維；
3、對(duì)經(jīng)定向凝固處理的材料進(jìn)行多道次冷拉變形，使在定向凝固過(guò)程中形成的微納米級(jí)纖維細(xì)化成納米級(jí)纖維；
4、采用最終時(shí)效熱處理對(duì)材料的強(qiáng)度、電導(dǎo)率和延伸率等進(jìn)行綜合調(diào)控。
上述步驟1中所述的Cu-Cr-Ag三元合金，其配方成分組成如下（按質(zhì)量百分比計(jì)）：鉻為6-30；銀為0.008-0.200；銅為余量。
上述步驟2中所述的定向凝固處理，具體為：將Cu-Cr-Ag合金鑄錠放入內(nèi)層涂有耐高溫惰性涂層的純度為99.99%的Al2O3兩通陶瓷管內(nèi)，將陶瓷管裝入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中，通過(guò)高頻感應(yīng)電源在300-400Pa的高純氬氣氣氛中進(jìn)行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機(jī)構(gòu)的作用下以50-300μm/s的速度向下移動(dòng)并同時(shí)被鎵銦合金液冷卻，形成定向凝固鑄錠。
上述步驟3中所述的多道次冷拉變形，具體為：在室溫下進(jìn)行，總冷變形應(yīng)變量小于或等于6。
上述步驟4中所述的最終時(shí)效熱處理，具體為：在200-650℃內(nèi)保溫0.5-8小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）在Cu-Cr二元合金中添加微量的Ag，降低Cr在Cu基體中的固溶度，提高材料的電導(dǎo)率；（2）采用定向凝固處理獲得連續(xù)的定向排列的微納米級(jí)纖維，減少冷變形應(yīng)變量，增大最終材料的截面尺寸；（3）將定向凝固處理與冷變形結(jié)合，不需進(jìn)行預(yù)備熱處理和多次中間熱處理，簡(jiǎn)化了工藝流程；（4）采用最終時(shí)效熱處理，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)控材料的強(qiáng)度、電導(dǎo)率和延伸率等，使最終材料具有穩(wěn)定和良好的使用綜合性能。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
（1）按質(zhì)量百分比分別稱取純鉻6%、純銀0.008%和余量的純銅，放入中頻感應(yīng)爐中熔煉并用石墨模澆注成鑄錠；
（2）將鑄錠放入內(nèi)層涂有耐高溫惰性涂層的純度為99.99%的Al2O3兩通陶瓷管內(nèi)，將陶瓷管裝入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中，通過(guò)高頻感應(yīng)電源在300Pa的高純氬氣氣氛中進(jìn)行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機(jī)構(gòu)的作用下以50μm/s的速度向下移動(dòng)并同時(shí)被鎵銦合金液冷卻，形成定向凝固鑄錠；
（3）將定向凝固鑄錠在室溫下進(jìn)行多道次冷拉變形，總冷變形應(yīng)變量為6；
（4）將冷拉變形的材料在200℃內(nèi)保溫8小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實(shí)施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度916 MPa，電導(dǎo)率82.1% IACS，延伸率4.1%。
實(shí)施例2
（1）按質(zhì)量百分比分別稱取純鉻15%、純銀0.06%和余量的純銅，放入中頻感應(yīng)爐中熔煉并用石墨模澆注成鑄錠；
（2）將鑄錠放入內(nèi)層涂有耐高溫惰性涂層的純度為99.99%的Al2O3兩通陶瓷管內(nèi)，將陶瓷管裝入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中，通過(guò)高頻感應(yīng)電源在350Pa的高純氬氣氣氛中進(jìn)行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機(jī)構(gòu)的作用下以100μm/s的速度向下移動(dòng)并同時(shí)被鎵銦合金液冷卻，形成定向凝固鑄錠；
（3）將定向凝固鑄錠在室溫下進(jìn)行多道次冷拉變形，總冷變形應(yīng)變量為5.5；
（4）將冷拉變形的材料在400℃內(nèi)保溫2小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實(shí)施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度1237MPa，電導(dǎo)率81.2% IACS，延伸率3.9%。
實(shí)施例3
（1）按質(zhì)量百分比分別稱取純鉻20%、純銀0.12%和余量的純銅，放入中頻感應(yīng)爐中熔煉并用石墨模澆注成鑄錠；
（2）將鑄錠放入內(nèi)層涂有耐高溫惰性涂層的純度為99.99%的Al2O3兩通陶瓷管內(nèi)，將陶瓷管裝入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中，通過(guò)高頻感應(yīng)電源在350Pa的高純氬氣氣氛中進(jìn)行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機(jī)構(gòu)的作用下以200μm/s的速度向下移動(dòng)并同時(shí)被鎵銦合金液冷卻，形成定向凝固鑄錠；
（3）將定向凝固鑄錠在室溫下進(jìn)行多道次冷拉變形，總冷變形應(yīng)變量為5.5；
（4）將冷拉變形的材料在550℃內(nèi)保溫1小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實(shí)施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度1369MPa，電導(dǎo)率80.4% IACS，延伸率3.7%。
實(shí)施例4
（1）按質(zhì)量百分比分別稱取純鉻30%、純銀0.2%和余量的純銅，放入中頻感應(yīng)爐中熔煉并用石墨模澆注成鑄錠；
（2）將鑄錠放入內(nèi)層涂有耐高溫惰性涂層的純度為99.99%的Al2O3兩通陶瓷管內(nèi)，將陶瓷管裝入?yún)^(qū)域熔煉-定向凝固爐中，通過(guò)高頻感應(yīng)電源在400Pa的高純氬氣氣氛中進(jìn)行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機(jī)構(gòu)的作用下以300μm/s的速度向下移動(dòng)并同時(shí)被鎵銦合金液冷卻，形成定向凝固鑄錠；
（3）將定向凝固鑄錠在室溫下進(jìn)行多道次冷拉變形，總冷變形應(yīng)變量為5；
（4）將冷拉變形的材料在650℃內(nèi)保溫0.5小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強(qiáng)高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實(shí)施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度1461 MPa，電導(dǎo)率78.9% IACS，延伸率3.4%。