[发明专利]一种新型的铜基合金及其工艺

说明书

本发明属于一种新型的铜基合金及其工艺，它是通过对铜基合金成分的合理调整和工艺方法的优化使其达到高软化温度，高导电率及高硬度的目的。

在电阻焊领域中应用铬锆铜合金已有多年历史，这种铜合金含铬0.5-1％，锆0.08-0.12％，它具有一定的强度，且导电率也能保持在75％左右(国家标准为75％)。但是在导电率方面，不能完全满足轻合金，特别是铝合金和镀层钢板的点焊、缝焊的要求，在硬度和软化温度方面，它又不能适应不锈钢板、耐热合金、钛合金板材的电阻焊要求，因此有必要进一步改善其性能。为此，国内外纷纷涉是该领域，进行了人量的研究。例如美国专利4049426(1997年9月20日)公开了含铬0.05-1.25％、锆0.05-1.00％、铌0.05-1.15％的铜基合金及其工艺方法，所列性能数据表明该铜基合金的导电率较以前有所提高，但机械性能则仍维持在该发明之前的水平。又例如英国专利652997(1976年1月28日)和苏联专利185068阐明了在铬锆铜中加钒的作用；美国专利4224066通过在铬锆铜中添加适量铁以增加其沉淀硬化过程的可控性。日本佳友轻金属工业公司则采取在纯铜、铬锆铜的基础上，用挤压加真空扩散的方法，在工作端加工出带有铝或铝合金扩散层的电极来(JP58-163586)，使之具有使用寿命长和不易发生熔粘现象的优点，据称特别适宜于作为焊接铝材及镀层钢板的点焊电极，但其工艺复杂、电极制作成本高，而且导电率的提高也不明显。再例如日本专利9-76074(公告日1997年3月25日)阐述了“电阻焊用电极材料和电阻焊用复合电极及其制造方法”，该电阻焊材料的组成成份及重量配比为：铬0.3-1.5、锆0.02-0.22％、银0.01-0.5％、钨0.1-5.0％、其余为铜，其制造方法是：将上述材料的粉末混合后，放入用脱氧铜制成的铜罐中密封起来，采取抽真空排除空气用密封方式制造小坯的烧结方法，烧结完后，用水将小坯挤压出来，再热锻和冷拉伸使之形成芯部材料，将芯部材料插埋入电极体前端部位中央的凹槽(已经切削加工后形成的)内，使之成为一体化的复合电极，这种电极材料和电极的加工工艺相当复杂，制造成本高。

本发明的目的是要在铬锆铜技术的基础上再制造出一种在硬度、导电率、软化温度性能均获得稳定提高的铜基合金，它既具有较高的导电率，也具有较高的常温硬度及高温软化温度。为社会提供一种优质的，多用途的通用于轻合金以及镀层钢板，不锈钢板、耐热钢、钛合金板的点焊及缝焊电极材料，从而取代并优于铬铜、铬铝镁铜、铬锆铜及含有害元素的镉铜、铍钴铜铍(含铍0.2-0.7％、钴2-3％)等电阻焊电极材料。

本发明的另一目的是在于提供一种制造上述铜合金成品的工艺方法，以满足大批量生产降低生产成本的要求。

本发明的目的是通过如下工艺实施方法达到的，即首先采用多元、少量、合金化原则，选择添加元素及它们的成分重量配比和工艺参数。故要首先分析添加的元素能否从固溶体中析出，如能从固溶体中析出，则对合金导电率不良影响将小于单质元素。这就是说金属化合物使合金的导电率下降幅度小，而单质元素使合金的导电率下降幅度大，曾在各类青铜合金中已出现过有关这方面的论述。

本发明的具体做法是在铜中加入下述元素：铬0.20-0.80、锆0.06-0.28％、硼0.02-0.15％、铌和稀上(铈)各0.02-0.08％。同时对铜合金工艺做了较大的改进：1、熔炼含铬10-20％以上的铜中间合金，并以中间合金的形式加入铜中，使铬充分溶解到铜液中，对提高铜合金的塑性变形大有益处；2、设计合理的浇铸模具，该模具应具有如下特点：垂直分型、启合方便、易于排气和迅速散热，并具有合理的热分布，有利于注满型腔，减少铸锭冷隔；模腔尺寸为上大下小，有利于自下而上的顺序凝固，这样便能充分提高自补缩能力，从而使铸锭表面光滑、无气孔、无夹杂，排除了铸锭的实物质量缺陷，便可提高成材率15％左右；3、铸锭热锻后，为固溶处理所需的水池安装在箱式炉底前部、可提高工件落水的温度，其激冷介质为温度低于3℃的冰盐(含盐15％)水，故可获得快速冷却的效果；4、在强塑性冷变形(变形量为55-70％)之后，采用分级等温时效加补充时效处理(400℃×2小时加500℃×3小时，出炉空冷后再加480℃×3小时保温)的方法。