本發(fā)明屬于銅合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金的制備方法，

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，高強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)、引線框架、高速鐵路、航空航天等很多領(lǐng)域?qū)?dǎo)體材料的要求愈來(lái)愈高，不僅要求導(dǎo)電材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，同時(shí)還必須具備很高的強(qiáng)度。高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Ag合金是一種雙相原位復(fù)合金屬材料，經(jīng)劇烈塑性變形，其中的共晶相或者析出相演變成納米尺寸的纖維增強(qiáng)相，使合金獲取很高的強(qiáng)度，同時(shí)保持優(yōu)良的導(dǎo)電性，是應(yīng)用前景最為廣泛的高性能銅合金材料之一。Cu-Ag合金中Ag的含量一般為6wt％～30wt％，不同Ag含量的Cu-Ag合金，其鑄態(tài)顯微組織形態(tài)存在明顯差異。當(dāng)合金中Ag含量小于6wt％時(shí)，合金組織基本上只由單一的富Cu相基體組成，基本不含第二相。當(dāng)Ag含量為6wt％-15wt％時(shí)，鑄態(tài)顯微組織包含富Cu相基體和富Cu相和富Ag相片層組成的共晶體，(Cu/Ag)共晶體呈島嶼狀離散地分布于Cu基體枝晶間隙。含Ag量繼續(xù)升高，Cu枝晶間隙逐漸形成呈連續(xù)網(wǎng)狀分布的共晶體組織。Cu-24wt％Ag的鑄態(tài)組織主要包括富Cu相枝晶和枝晶間隙連續(xù)網(wǎng)狀分布的共晶體，這種連續(xù)網(wǎng)狀的共晶組織是Cu-Ag合金獲得很高強(qiáng)度的主要因素。當(dāng)含Ag量超過(guò)30wt％時(shí)，Cu基體晶粒會(huì)被愈來(lái)愈多的共晶組織分隔，從而呈現(xiàn)為更顯著的樹(shù)枝狀。

近十余年來(lái)，大塑性變形技術(shù)比如等徑角擠壓(Equal-channel Angular Pressing)、累積疊軋(Accumulative Roll Bonding)、動(dòng)態(tài)塑性形變(Dynamic Plastic Deformation)、多向鍛壓(Multiple Compression)、高壓扭轉(zhuǎn)(High-pressure Torsion)、劇烈冷軋(Severe Cold Rolling)等已經(jīng)被大量研究以使多晶材料與合金中獲得晶粒的細(xì)化。但是，由于目前制備方法的限制，現(xiàn)有的高性能Cu-Ag合金材料主要是細(xì)絲、薄帶等小尺寸樣件，大大限制了這種材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金的制備方法，

其特征在于，所述高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金為Cu-Ag二元合金，其主要成分為：Cu元素為70-98wt％，Ag元素為2-30wt％；采用固液雙相凝固結(jié)合半固態(tài)鑄造技術(shù)，結(jié)合多向高溫、低溫鍛造+組合時(shí)效工藝，獲得的合金屈服強(qiáng)度達(dá)600-1100MPa，電導(dǎo)率達(dá)75-100％IACS(International Annealed Copper Standard國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn))；其具體工藝步驟包括：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，按照主要成分：純銅錠為65-97wt％，純銅粉末為1-5wt％，純銀錠為2-30wt％，其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為0.05-100μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物；首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1050-1200℃，使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?-5min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至900-1100℃并且保溫10min，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形，上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以50-100℃/min的速度冷卻至室溫；

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至700-720℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量20-40％，隨后將鍛坯空冷至室溫；

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效包括步驟：

3.1將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10-30％，隨后將鍛坯空冷至室溫；

3.2將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10-30％，隨后將鍛坯空冷至室溫；

3.3將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10-30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)固液雙相凝固結(jié)合半固態(tài)鑄造技術(shù)，細(xì)化鑄態(tài)顯

微組織，改善合金時(shí)效析出相的分布，獲得一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合

金Φ10-Φ100mm的大規(guī)格制品。具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)在Cu-Ag合金熔體中加入純銅粉末，并且攪拌形成半固態(tài)組織，通過(guò)這種固液凝固方式及半固態(tài)鑄造方法，顯著細(xì)化合金鑄態(tài)顯微組織，并且使Ag更多地固溶與Cu基體中，為后續(xù)變形過(guò)程中的顯微組織細(xì)化工藝奠定了基礎(chǔ)；

(2)通過(guò)多向的高溫、低溫鍛造+組合時(shí)效工藝，使Cu-Ag合金的微觀組織不斷細(xì)化，形成微米級(jí)甚至納米級(jí)的基體組織和共晶相，并且在時(shí)效過(guò)程中形成細(xì)小的納米級(jí)富銀析出相，使合金具有極高的強(qiáng)度。

(3)本發(fā)明所涉及的一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金的屈服強(qiáng)度可達(dá)600-1100MPa，電導(dǎo)率可達(dá)75-100％IACS。

本發(fā)明能夠制備出具有極高強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的大規(guī)格Cu-Ag合金材料，大大擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，提高了該材料的制備水平，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金的制備方法，具體通過(guò)固液雙相凝固結(jié)合半固態(tài)鑄造技術(shù)，以65-97wt％Cu，2-30wt％Ag為原料，加入純銅粉末，采用固液雙相凝固結(jié)合半固態(tài)鑄造技術(shù)，結(jié)合多向高溫、低溫鍛造+組合時(shí)效工藝，獲得的合金屈服強(qiáng)度達(dá)600-1100MPa，電導(dǎo)率達(dá)75-100％IACS(International Annealed Copper Standard國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn))的一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能Cu-Ag合金，其直徑為Φ10-Φ100mm的大規(guī)格制品。下面列舉具體實(shí)施例予以進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：Cu-12Ag合金

制備Cu-12Ag合金，包括如下步驟：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，其成分組成包括純銅錠為86wt％、純銅粉末為2wt％和純銀錠為12wt％；其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為0.5μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物。首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1100℃使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至880℃并且保溫，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形。上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以80℃/min的速度冷卻至室溫；

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至710℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效：首先，將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

其次，將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

再次，將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

合金的性能見(jiàn)表1。

實(shí)施例2：Cu-2Ag合金

制備Cu-2Ag合金，包括如下步驟：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，按照主要成分：純銅錠為97wt％，純銅粉末為1wt％，純銀錠為2wt％，其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為100μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物。首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1200℃使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至1100℃并且保溫，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形。上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以100℃/min的速度冷卻至室溫。

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至720℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量40％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效：首先，將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

其次，將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

再次，將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

合金的性能見(jiàn)表1。

實(shí)施例3：Cu-6Ag合金

制備Cu-6Ag合金，包括如下步驟：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，按照主要成分：純銅錠為92wt％，純銅粉末為2wt％，純銀錠為6wt％，其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為0.05μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物。首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1120℃使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至1060℃并且保溫，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形。上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以50℃/min的速度冷卻至室溫。

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至720℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量40％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效：首先，將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

其次，將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

再次，將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

實(shí)施例4：Cu-24Ag合金

制備Cu-24Ag合金，包括如下步驟：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，按照主要成分：純銅錠為73wt％，純銅粉末為3wt％，純銀錠為24wt％，其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為6μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物。首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1080℃使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至900℃并且保溫，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形。上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以50-100℃/min的速度冷卻至室溫。

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至720℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量40％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效：首先，將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

其次，將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

再次，將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量20％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

實(shí)施例5：Cu-30Ag合金

制備Cu-30Ag合金，包括如下步驟：

(1)固液雙相凝固及半固態(tài)鑄造：以純銅錠、純銀錠、純銅粉末為原料，按照主要成分：純銅錠為65wt％，純銅粉末為5wt％，純銀錠為30wt％，其中所述的純銅粉末的顆粒直徑為50μm，并且經(jīng)過(guò)還原處理去除其表面氧化物。首先，將純銅錠和純銀錠混合后加熱至1050℃使其熔化成合金熔體，保溫10min后，采用氬氣保護(hù)熔體液面并且將純銅粉末加入合金熔體。隨后采用機(jī)械攪拌方式對(duì)合金熔體充分?jǐn)嚢?min，同時(shí)將合金熔體溫度降低至900℃并且保溫，使合金熔體迅速部分凝固并且形成半固態(tài)混合組織，隨后進(jìn)行澆注成形。上述半固態(tài)混合組織的熔體澆注到采用循環(huán)水冷卻的模具中制備成鑄錠，以100℃/min的速度冷卻至室溫。

(2)多向高溫鍛造：將合金鑄錠加熱至710℃，保溫1h，將鑄錠沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量40％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

(3)低溫鍛造+組合時(shí)效：首先，將高溫鍛造的鍛坯加熱至500℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量10％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

其次，將鍛坯加熱至400℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

再次，將鍛坯加熱至300℃，保溫1h，沿著縱向、橫向及軸向三個(gè)正交方向分別進(jìn)行鍛造成形，每個(gè)方向上的鍛造壓下量30％，隨后將鍛坯空冷至室溫。

表1 Cu-Ag合金實(shí)施例1-5對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能及導(dǎo)電性能