專利名稱：一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅基合金的熱處理技術(shù)。尤其涉及一種改善Cu-Ag合金性 能的固溶時效工藝。
技術(shù)背景在有關(guān)高科技領(lǐng)域中使用的導(dǎo)體合金對強度、硬度和導(dǎo)電性能有極高要求， 但導(dǎo)體合金的硬度與導(dǎo)電性一般呈反函數(shù)關(guān)系，即若采用特定技術(shù)提高硬度則 往往以犧牲電導(dǎo)率為代價，或者為改善電導(dǎo)率則往往損失硬度。因此，非常需 要采用特定技術(shù)能夠同時獲得良好的硬度和導(dǎo)電性能，以滿足使用性能。目前 正在研制的纖維相復(fù)合強化Cu-Ag合金顯示出了優(yōu)異的硬度和電導(dǎo)率，有希望 成為高科技領(lǐng)域中優(yōu)先選擇的導(dǎo)體材料。決定Cu-Ag合金性能的主要因素之一是合金中纖維復(fù)合相分布狀態(tài)。復(fù)合 纖維相主要依靠鑄態(tài)組織的強應(yīng)變原位形成，除強應(yīng)變工藝外，各種熱處理工 藝也是影響鑄態(tài)組織及纖維復(fù)合相形成過程中分布狀態(tài)的重要因素。發(fā)明專利CN1320712A公開了一種Cu-(3 20)%Ag-1.5%Cr-(0.05 0.5)°/oZr (其中的指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)的合金，并提出了鑄件和鍛件的生產(chǎn)方 法。這種合金經(jīng)過快速凝固、鍛造或軋制、時效等加工過程，可制成不受限制 的形狀。然而，采用這種方式生產(chǎn)的合金不具有高強度的優(yōu)點，并且熱處理工 藝單一，無法對硬度和導(dǎo)電性能進(jìn)行調(diào)整。發(fā)明專利ZL02110785.8及ZL02110630.4公開了兩種復(fù)相纖維強化Cu-Ag 合金及其制備工藝，采用特定的熔煉、冷拉拔及中間熱處理技術(shù)，使合金達(dá)到 了 800 1150MPa的高強度和60^ 80^IACS的電導(dǎo)率。然而，這種材料的較 高強度和導(dǎo)電性變化主要通過強烈的冷拉拔變形配合多次中間熱處理來實現(xiàn)， 工藝限制性強，未對原始組織形態(tài)和性能進(jìn)行先期優(yōu)化。發(fā)明專利ZL0410016688.9公開了一種控制復(fù)相纖維強化銅銀合金性能匹配 的熱處理工藝，通過均勻化處理、冷拉拔及中間熱處理制備了 Cu-12%Ag合金 絲材，在20 600。C范圍內(nèi)進(jìn)行最終熱處理可控制材料強度在1040 220MPa范 圍變化，電導(dǎo)率在73X 93XIACS范圍內(nèi)變化，綜合性能可達(dá)到較高Ag含量 合金水平。然而，這種技術(shù)僅針對的是控制材料最終性能變化的方法，未涉及 原始組織優(yōu)化的熱處理技術(shù)。美國發(fā)明專利US5391242公開了具有高強高導(dǎo)特性的Cu-(6~24)%Ag合金 板材加工技術(shù)，通過特定的冷軋及熱處理獲得了板狀雙相纖維組織，但未公布 所發(fā)明的合金板材中原始組織的熱處理技術(shù)。Hong (Acta Metallurgica, 1998， 46:4111; Materials Science and Engineering, 1999,A264:151)公布了 Cu-24%Ag合金性能隨最終熱處理溫度的關(guān)系，可以控 制強度和導(dǎo)電性能的匹配，但此技術(shù)僅針對含Ag較多的強應(yīng)變后的合金，原材 料成本較高，并且需要在450'C均勻化退火較長周期。Zhang等(Materials Letters, 2004, 58:3888)提出了退火溫度與Cu-12%Ag 合金力學(xué)和電學(xué)性能的關(guān)系，表明了纖維組織在熱處理過程中的形態(tài)變化。Liu 等(Materials Science and Engineering, 2006, A418:320)提出了不同退火溫度下等 溫時間對Cu-Ag合金組織性能的影響。然而，這些成果僅涉及控制變形量、中 間熱處理及最終退火等方法調(diào)整合金性能，而未進(jìn)一步提出控制原始組織的熱 處理技術(shù)。另有一些獻(xiàn)(Sakai等，Applied Physics Letters, 1991， 59(23): 2965; Sakai等， Acta Materialia, 1997， 45(3): 1017; Gaganov等，Z. Metallkd" 2004， 95(6): 425;王 英民等，稀有金屬材料與工程，2001， 30:295;張曉輝等，中國有色金屬學(xué)報， 2002,12:115)均對纖維增強Cu-Ag合金的熱處理進(jìn)行了研究，指出合適的熱處 理可以形成更細(xì)密的纖維組織，給出了合金強度和電導(dǎo)率的關(guān)系。然而，這些 熱處理技術(shù)也僅局限于均勻化退火、中間熱處理及最終熱處理，其良好效果必 須配合加工變形過程來體現(xiàn)，要求組織為復(fù)雜的多相纖維復(fù)合形態(tài)，不涉及優(yōu) 化鑄態(tài)原始組織所產(chǎn)生的性能改善技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工 藝，通過對鑄態(tài)Cu- (5 7) XAg合金的固溶時效處理，改變合金原始組織形 態(tài)，提高合金的硬度及電導(dǎo)率，為后續(xù)的強應(yīng)變形成雙相纖維復(fù)合材料提供優(yōu) 化的原始組織。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下(1) 將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為(5 7) %， 其余為電解Cu，先將電解Cu置于真空感應(yīng)爐中，在低于O.lPa大氣壓下烙化， 在115(TC下靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至450kPa,加入金屬Ag并熔化，電磁攪拌 均勻并靜置2 3min后澆注成16x42x170 mm的板狀鑄錠。(2) 鑄錠通過730 °C/8h+ (760 780°C) / (4 8) h等溫水冷進(jìn)行固溶處理。(3)對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行350 450 °C時效2 24h等溫空冷處理。 經(jīng)受固溶時效熱處理的Cu- (5 7) 。/。Ag合金維氏硬度達(dá)到110 130，相 對電導(dǎo)率達(dá)到85% 96%IACS。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是(1) 對于鑄態(tài)Cu- (5 7) n/。Ag合金，可以通過固溶時效熱處理來提高硬度 及相對電導(dǎo)率，為應(yīng)變加工成為纖維復(fù)合組織提供了具有優(yōu)良綜合性能的原始 鑄態(tài)組織。(2) 經(jīng)過固溶時效熱處理的低Ag含量的Cu- (5 7) 。/。Ag合金硬度和相對 電導(dǎo)率水平已經(jīng)高于高Ag含量的Cu-24。/。Ag合金(對比試驗結(jié)果見圖l及圖2)， 可以顯著減少昂貴元素Ag的消耗，降低了原材料成本。(3) 工藝過程簡單，容易實施。


圖1是時效時間對不同Ag含量合金維氏硬度的影響測試結(jié)果。 圖2是時效時間對不同Ag含量合金相對電導(dǎo)率的影響測試結(jié)果。
具體實施方式
實施例1:將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為5X，其余為電解 Cu，先將Cu置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化，在1150。C下靜置 除氣后向爐內(nèi)充Ar至450kPa，再加入Ag并熔化，電磁攪拌均勻并靜置2 3min 后澆注成16x42x170 mm的板狀鑄錠。鑄錠通過730 °C/8 h+760°C/4h等溫水冷進(jìn)行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行350°C時效2h等溫空冷處理。 經(jīng)過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達(dá)到111，相對電導(dǎo)率達(dá)到85 XIACS變化(見圖l及圖2)。 實施例2:將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為6X，其余為電解Cu。鑄錠熔煉及澆注過程同實施例l。鑄錠通過730 °C/8 h+760°C/8h等溫水冷進(jìn)行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行350°C時效24h等溫空冷處理。 經(jīng)過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達(dá)到116,相對電導(dǎo)率達(dá)到96%IACS (見圖l及圖2)。實施例3:將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為6.5X，其余為電 解Cu。鑄錠熔煉及澆注過程同實施例l。鑄錠通過730 °C/8 h+780°C/4h等溫水冷進(jìn)行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行450°C時效2h等溫空冷處理。 經(jīng)過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達(dá)到130，相對電導(dǎo)率達(dá)到90% (見圖l及圖2)。 實施例4:將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為7X，其余為電解Cu。鑄錠熔煉及澆注過程同實施例l。鑄錠通過730 °C/8 h+780°C/8h等溫水冷進(jìn)行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行450°C時效24h等溫空冷處理。 經(jīng)過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達(dá)到110,相對電導(dǎo)率達(dá)到95%IACS (見圖l及圖2)。
權(quán)利要求
1.一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工藝，其特征在于1)將金屬Ag及電解Cu按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配料，其中金屬Ag為(5～7)％，其余為電解Cu，先將電解Cu置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化，在1150℃下靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至450kPa，加入金屬Ag并熔化，電磁攪拌均勻并靜置2～3min，澆注成16×42×170mm的板狀鑄錠；2)對鑄錠進(jìn)行固溶處理；3)對固溶處理后的鑄錠進(jìn)行時效處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工 藝，其特征在于鑄錠固溶處理的工藝為730°(:/811+ (760 780°C) / (4 8) h等溫水冷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工 藝，其特征在于固溶處理后鑄錠的時效處理工藝為350 450 。C/2 24h等溫空冷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工 藝，其特征在于經(jīng)受固溶時效熱處理的Cu- (5 7) %Ag合金維氏硬度達(dá)到 110 130，相對電導(dǎo)率達(dá)到85% 96%IACS。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善Cu-Ag合金硬度和電導(dǎo)率的固溶時效工藝。將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為(5～7)％的金屬Ag，其余為電解Cu的配料在真空感應(yīng)爐中熔化，并在Ar氣保護下澆注成錠，經(jīng)730℃/8h+(760～780℃)/(4～8)h固溶及350～450℃/2～24h時效，可使得鑄態(tài)合金維氏硬度達(dá)到110～130，相對電導(dǎo)率達(dá)到85％～96％IACS。本發(fā)明通過固溶時效提高了鑄態(tài)Cu-(5～7)％Ag合金硬度及相對電導(dǎo)率，工藝過程簡單，性能水平高于Cu-24％Ag，降低了原材料成本。
文檔編號C22F1/08GK101215681SQ20081005907
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者姚大偉, 亮 孟 申請人:浙江大學(xué)