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)展對導(dǎo)電材料的各項性能提出了越來越高的要求，在高強磁場線圈、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度和延伸率。目前，形變原位復(fù)合法是制備高強高導(dǎo)Cu基材料最理想的方法，它通過熔鑄技術(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?，F(xiàn)有的形變原位復(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、低溫擴散速度慢，而固溶于Cu基體中的Fe原子嚴重損害材料的電導(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、長時間預(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)榧毿〉念w粒狀或棒狀組織；大塑性冷變形是為了使鑄態(tài)組織中無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?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，以利于進一步冷變形；最終熱處理是為了促進固溶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大塑性變形破碎和細化第二相Cr枝晶獲得的，纖維連續(xù)性差，難以保證各種應(yīng)用場合下材料綜合性能的穩(wěn)定性。此外，為了獲得高強度，該類材料的大塑性冷變形應(yīng)變量往往達到10甚至更高。上述對現(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，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高導(dǎo)形變Cu-Cr系原位復(fù)合材料及其制備方法，簡化材料的制備工藝，縮短材料的制備流程，獲得大截面尺寸的材料，增強纖維的連續(xù)性，提高材料的使用綜合性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(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纖維；
3、對經(jīng)定向凝固處理的材料進行多道次冷拉變形，使在定向凝固過程中形成的微納米級纖維細化成納米級纖維；
4、采用最終時效熱處理對材料的強度、電導(dǎo)率和延伸率等進行綜合調(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）：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，通過高頻感應(yīng)電源在300-400Pa的高純氬氣氣氛中進行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機構(gòu)的作用下以50-300μm/s的速度向下移動并同時被鎵銦合金液冷卻，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中所述的最終時效熱處理，具體為：在200-650℃內(nèi)保溫0.5-8小時，然后隨爐冷卻至室溫。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：（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，不需進行預(yù)備熱處理和多次中間熱處理，簡化了工藝流程；（4）采用最終時效熱處理，根據(jù)實際需要調(diào)控材料的強度、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。
具體實施方式
實施例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，通過高頻感應(yīng)電源在300Pa的高純氬氣氣氛中進行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機構(gòu)的作用下以50μm/s的速度向下移動并同時被鎵銦合金液冷卻，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，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強度916 MPa，電導(dǎo)率82.1% IACS，延伸率4.1%。
實施例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，通過高頻感應(yīng)電源在350Pa的高純氬氣氣氛中進行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機構(gòu)的作用下以100μm/s的速度向下移動并同時被鎵銦合金液冷卻，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，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強度1237MPa，電導(dǎo)率81.2% IACS，延伸率3.9%。
實施例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，通過高頻感應(yīng)電源在350Pa的高純氬氣氣氛中進行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機構(gòu)的作用下以200μm/s的速度向下移動并同時被鎵銦合金液冷卻，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，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強度1369MPa，電導(dǎo)率80.4% IACS，延伸率3.7%。
實施例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，通過高頻感應(yīng)電源在400Pa的高純氬氣氣氛中進行熔煉，熔化后，合金熔體隨陶瓷管一起在底座與抽拉機構(gòu)的作用下以300μm/s的速度向下移動并同時被鎵銦合金液冷卻，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，然后隨爐冷卻至室溫，得到高強高導(dǎo)形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料。
本實施例制備的形變Cu-Cr-Ag原位復(fù)合材料的抗拉強度1461 MPa，電導(dǎo)率78.9% IACS，延伸率3.4%。