專利名稱：一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種銅基合金的熱處理技術。尤其涉及一種改善Cu-Ag合金性 能的固溶時效工藝。
技術背景在有關高科技領域中使用的導體合金對強度、硬度和導電性能有極高要求， 但導體合金的硬度與導電性一般呈反函數關系，即若采用特定技術提高硬度則 往往以犧牲電導率為代價，或者為改善電導率則往往損失硬度。因此，非常需 要采用特定技術能夠同時獲得良好的硬度和導電性能，以滿足使用性能。目前 正在研制的纖維相復合強化Cu-Ag合金顯示出了優異的硬度和電導率，有希望 成為高科技領域中優先選擇的導體材料。決定Cu-Ag合金性能的主要因素之一是合金中纖維復合相分布狀態。復合 纖維相主要依靠鑄態組織的強應變原位形成，除強應變工藝外，各種熱處理工 藝也是影響鑄態組織及纖維復合相形成過程中分布狀態的重要因素。發明專利CN1320712A公開了一種Cu-(3 20)%Ag-1.5%Cr-(0.05 0.5)°/oZr (其中的指質量百分數，下同)的合金，并提出了鑄件和鍛件的生產方 法。這種合金經過快速凝固、鍛造或軋制、時效等加工過程，可制成不受限制 的形狀。然而，采用這種方式生產的合金不具有高強度的優點，并且熱處理工 藝單一，無法對硬度和導電性能進行調整。發明專利ZL02110785.8及ZL02110630.4公開了兩種復相纖維強化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，使合金達到 了 800 1150MPa的高強度和60^ 80^IACS的電導率。然而，這種材料的較 高強度和導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， 工藝限制性強，未對原始組織形態和性能進行先期優化。發明專利ZL0410016688.9公開了一種控制復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范圍內進行最終熱處理可控制材料強度在1040 220MPa范 圍變化，電導率在73X 93XIACS范圍內變化，綜合性能可達到較高Ag含量 合金水平。然而，這種技術僅針對的是控制材料最終性能變化的方法，未涉及 原始組織優化的熱處理技術。美國發明專利US5391242公開了具有高強高導特性的Cu-(6~24)%Ag合金 板材加工技術，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 所發明的合金板材中原始組織的熱處理技術。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系，可以控 制強度和導電性能的匹配，但此技術僅針對含Ag較多的強應變后的合金，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 合金力學和電學性能的關系，表明了纖維組織在熱處理過程中的形態變化。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整合金性能，而未進一步提出控制原始組織的熱 處理技術。另有一些獻(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，中國有色金屬學報， 2002,12:115)均對纖維增強Cu-Ag合金的熱處理進行了研究，指出合適的熱處 理可以形成更細密的纖維組織，給出了合金強度和電導率的關系。然而，這些 熱處理技術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，要求組織為復雜的多相纖維復合形態，不涉及優 化鑄態原始組織所產生的性能改善技術。 發明內容本發明的目的在于提供一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工 藝，通過對鑄態Cu- (5 7) XAg合金的固溶時效處理，改變合金原始組織形 態，提高合金的硬度及電導率，為后續的強應變形成雙相纖維復合材料提供優 化的原始組織。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下(1) 將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，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等溫水冷進行固溶處理。(3)對固溶處理后的鑄錠進行350 450 °C時效2 24h等溫空冷處理。 經受固溶時效熱處理的Cu- (5 7) 。/。Ag合金維氏硬度達到110 130，相 對電導率達到85% 96%IACS。本發明與背景技術相比具有的有益效果是(1) 對于鑄態Cu- (5 7) n/。Ag合金，可以通過固溶時效熱處理來提高硬度 及相對電導率，為應變加工成為纖維復合組織提供了具有優良綜合性能的原始 鑄態組織。(2) 經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 電導率水平已經高于高Ag含量的Cu-24。/。Ag合金(對比試驗結果見圖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果。 圖2是時效時間對不同Ag含量合金相對電導率的影響測試結果。
具體實施方式
實施例1:將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，其中金屬Ag為5X，其余為電解 Cu，先將Cu置于真空感應爐中，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等溫水冷進行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進行350°C時效2h等溫空冷處理。 經過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達到111，相對電導率達到85 XIACS變化(見圖l及圖2)。 實施例2:將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，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等溫水冷進行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進行350°C時效24h等溫空冷處理。 經過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達到116,相對電導率達到96%IACS (見圖l及圖2)。實施例3:將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，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等溫水冷進行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進行450°C時效2h等溫空冷處理。 經過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達到130，相對電導率達到90% (見圖l及圖2)。 實施例4:將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，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等溫水冷進行固溶處理。 對固溶處理后的鑄錠進行450°C時效24h等溫空冷處理。 經過以上加工及熱處理的合金，其維氏硬度達到110,相對電導率達到95%IACS (見圖l及圖2)。
權利要求
1.一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工藝，其特征在于1)將金屬Ag及電解Cu按質量百分數配料，其中金屬Ag為(5～7)％，其余為電解Cu，先將電解Cu置于真空感應爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化，在1150℃下靜置除氣后向爐內充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)對鑄錠進行固溶處理；3)對固溶處理后的鑄錠進行時效處理。
2. 根據權利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工 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. 根據權利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工 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. 根據權利要求1所述的一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工 藝，其特征在于經受固溶時效熱處理的Cu- (5 7) %Ag合金維氏硬度達到 110 130，相對電導率達到85% 96%IACS。
全文摘要
本發明公開了一種改善Cu-Ag合金硬度和電導率的固溶時效工藝。將質量百分數為(5～7)％的金屬Ag，其余為電解Cu的配料在真空感應爐中熔化，并在Ar氣保護下澆注成錠，經730℃/8h+(760～780℃)/(4～8)h固溶及350～450℃/2～24h時效，可使得鑄態合金維氏硬度達到110～130，相對電導率達到85％～96％IACS。本發明通過固溶時效提高了鑄態Cu-(5～7)％Ag合金硬度及相對電導率，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 優先權日2008年1月9日
發明者姚大偉, 亮 孟 申請人:浙江大學