[发明专利]含Zr铜合金材料的制造方法及其铜合金材料

说明书

本发明提供一种含Zr铜合金材料的制造方法，在连续或半连续铸造过程中，含Zr原料在溜槽和结晶器之间直接连续添加，得到的铸锭以及成品内的Zr含有量的相对误差在10％以内。利用该方法制作的铜合金材料，其含有0.05‑0.35wt％的Zr，或者0.05‑0.35wt％的Zr，0.1‑0.6wt％的Cr，进一步含有选自Si，P，Mg和Ti中的一种或多种，而且其总量为0.2wt％以下，其余为Cu及不可避不纯物组成。铜合金材料的形状可以是板带，棒线，断面异形材。铜合金材料具有导电率90％IACS以上，硬度HV130以上，或者导电率80％IACS以上，硬度HV150以上，耐热温度500℃的优异的综合特性。

技术领域

本发明涉及作为高速铁路，各种联接器和集成电路引线框架等电器和电子部件中的导电材料-铜合金材料的制造方法及利用此方法制造的铜合金材料。利用该铜合金材料的制造方法，可以制造具有优异的导电性，强度，耐热性等特性，低制造成本和高特性均一性铜合金材料。

背景技术

高速铁路电气化系统和各种电器和电子部件的基础铜合金材料在使用中，为了保证电流流通和抑制通电时产生的热量，要求材料具有良好的导电性和传热性；同时，为了保证电流流通的安定性，需要部件间有足够的接触压力，因此要求铜合金材料具有足够高的强度。并且，为了保证电器和电子部件间的接触的可靠性，要求材料具有良好的耐热性(抑制随着温度上升铜合金变软的性能)。

目前国际上公认的高导电领域中，优异的铜合金材料是Cu-Zr系合金(俗称，锆铜)和Cu-Cr-Zr系合金(俗称，铬锆铜)。Cu-Zr系合金，比如C15100，导电率可达90％IACS以上，硬度可达HV120左右。Cu-Cr-Zr系合金，比如C18140，C18150，C18400等，特性基本相同，导电率在80％IACS左右，硬度在HV150左右。

上述两个合金系的共同特点是含有0.1wt％左右的Zr。在Cu基体中Zr具有其他元素无法比拟的提高强度和耐热性的效果，而且对导电率的影响(减低程度)非常小。但是，Zr极易氧化，在溶解和铸造过程中，Zr由于氧化损失导致材料中Zr的成分和特性的不均匀，同时，Zr的氧化物造成的材料的各种表面和内部缺陷。

为防止Zr的氧化，一般采取真空溶解铸造法。真空溶解铸造法有两种形式，一种方式是在真空(或抽成真空后加氩气等保护气体)环境下溶解和铸造。由于真空环境空间所限，能制造的合金材料很小，无法规模化生产，而且导致了制造成本高而生产效率低，影响制品的生产和应用。另一种方式是在真空(或抽成真空后加氩气等保护气体)环境下溶解之后，和一般的铸造方法(即融铜通过流槽进入结晶器)在大气中进行连续铸造。虽然Zr的氧化程度得到很大抑制，融铜在通过流槽过程中，即使流槽过程中加保护气，Zr的氧化也是难免的。

目前，含Zr铜合金工业化生产的主流是非真空溶解和铸造，通过在熔解炉里加木炭，流槽和结晶器加碳灰，进一步措施是熔解炉，流槽和结晶器加木炭和碳灰的基础上，再通氩气或氮气保护等，防止和减少Zr的氧化。但仍不能完全防止Zr的氧化，造成铸锭(及最终成品)品质和特性低下及特性不均匀的问题。如果保护措施不得当，半连续铸造的最后阶段的铸锭内的Zr含量为零的情况也时有发生。

鉴于市场的实际需求和上述的问题，本发明中开发了一种新的制造方法，得到具有现行制品同等的导电率，更高强度和耐热性，同时具有更高的成分和特性均一性的铜合金材料。

发明内容

本发明者基于详细的调查研究和实验发现，针对含有Zr的铜合金材料，利用不同于一般的铜合金溶解铸造方法，能有效地抑制Zr的氧化，得到Zr含有量均匀且无表面和内部缺陷的铸锭，并通过合理的后续制造工艺条件，最终能得到导电性，强度和耐热性等综合特性优异的铜合金材料。本发明是基于这些发现而完成的。