[发明专利]无铍多元铜合金

说明书

 

技术领域

本发明属于金属功能材料领域，该合金可应用在电阻焊电极、导电结构件、模具材料等要求具有高导电（导热）高强度（硬度）等产品。

背景技术

高导高强铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，广泛应用于电阻焊、电力、电子、机械制造等工业领域。专利《高强度高导电稀土铜合金及其制造方法》、《用于焊机电极的高强度、高导电性铜合金》主要介绍了Cu-Cr系和Cu-Cr-Zr系高导高强铜合金。但由于该合金系的硬度相对较低，布氏硬度最高不超过150，其强度和硬度的较低而限制了其应用领域。

含铍元素的Cu-（Ni、Co）-Be系铜合金作为高导高强电阻焊电极材料，具有良好的耐磨性和高的软化温度，是一种较为理想的电阻焊电极材料，如专利《可时效硬化的铜合金》和《低铍多元铜合金》、《能时效硬化的铜合金的应用》报导了含铍元素的高导高强铜合金，因其良好的综合性能被广泛应用。

研制开发的高导高强电极铜合金采用微合金化法，通过多元素的复合强化提高合金的强度，以获得一种无毒铍元素的高导高强铜合金。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对上述材料的缺点，充分利用我国的丰富的稀土资源，采用微合金化法，制备了无铍多元铜合金，其特点是：在合金中加入Co元素和Zr、Si、Ti、稀土元素。一方面Zr、Si、Ti的加入以替代Be元素，使制备的合金无毒；另一方面，Zr 、Si、Ti元素的加入形成多元复合强化的效果，提高了合金的强度。合金的强化相主要有：Zr粒子、Cu₃Zr、Co₂Si、CoTi。

技术方案：无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co：1.5～2.5%，Ti：0.1～0.6%，Zr：0.05～0.3%， RE：0.05%～0.5%，余量为Cu和不可避免的杂质，所述杂质含量≤0.3%。

无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有所述Co：1.8%；Ti：0.5%；Zr：0.1%；RE：0.1%；余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量≤0.2%。

无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co：1.5～2.5%，Ti：0.1～0.6%，Zr：0.05～0.3%， RE：0.05%～0.5%，Si：0.1～0.6%，余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量≤0.3%。

无铍多元铜合金，基于质量百分率，含有Co，2.2%；Ti，0.4%；Zr，0.15%；RE，0.1%；Si，0.4%；余量为Cu和不可避免的杂质，其中杂质含量≤0.2%。

上述无铍多元铜合金， RE为Ce－La混合稀土。 

有益效果：

合金铸态组织存在偏析，第二相几乎是沿着粗大树枝晶边缘生成，且呈针状和小块状；而经热锻后合金偏析得到明显改善，为下一步热处理作组织准备，同时合金组织中有大量的未溶第二相和少量的孪晶；合金经固溶后的组织由过饱和α固溶体和少量的第二相组成，由于淬火应力的作用，晶粒内产生了许多孪晶。合金经固溶处理+冷加工变形+时效处理后组织由α-Cu+交错孪晶+时效强化相组成。稀土元素的加入不仅净化铜合金的成分，消除枝状晶、细化晶粒，还可以提高铜及其合金的导电性、热强性和热加工性。

合金时效强度取决于位错与脱溶相质点的相互作用。当运动位错遇到脱溶质点时，在质点周围生成位错环或以切过质点的方式通过脱溶质点的阻碍，因此合金的强度和硬度取决于析出相及其分布和大小。合金经时效后基析出强化相有：Cu₃Zr、Ｃo₂Si、CoTi、Zr粒子组成；Zr不仅可以细化金属基体，而且Zr还促进了Co₂Si、CoTi相的析出，同时，Zr还形成了Cu₃Zr强化相。由于这几种析出相的同时存在，有着叠加强化的效果，比单一析出相的强化效果要显著，合金可获得良好的综合性能。

本合金硬度达190～240HB，电导率达30～46%IACS，软化温度大于500℃。在电阻焊过程有着优越的耐磨性，合金使用寿命比CuCrZr合金提高3-5倍。可广泛应用于电阻焊电极、导电结构件和模具用铜合金。

具体实施方式

实施例1：

一种无铍多元高导高强铜合金：