專利名稱：金銅鎳合金及其制備方法、用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金合金及其制備技術，尤指一種金銅鎳合金及其制備方法和用 途，被廣泛用作電真空器件的焊料，也可用作輕負荷電接觸材料，精密繞組材料和滑環材 料。
背景技術：
電接觸材料主要用于接通或切斷各種電路以及傳遞電訊號和轉換電能。由于接觸 材料在使用過程中發生大量電接觸現象，電接觸材料必須具備承受這些電接觸現象的多種 功能，其中最主要的功能是保持穩定的接觸電阻和可靠的機械接觸。因此，要求電接觸材料必須具有低的接觸電阻(如金在室溫下的接觸電阻數值為 6 X ΙΟ"9 Ω /cm2)，能抑制表面膜形成，抗腐蝕和抗金屬遷移，抗熔焊和抗粘連等。對于純金和高金含量的合金而言，它們具有低的電阻率(如金在271下的電阻率 為2.06Χ10_6Ω · cm)、低的彈性模量(在四I溫度下，數值為79GPa)和低的屈服點及硬 度，這些都是保證低接觸電阻的必備性能。另一方面，純金與高金含量的合金有高的化學穩 定性，它們不形成具有高電阻率和氧化物、硫化物和有機物的表面膜，從而可保證小而穩定 的接觸電阻。金基合金焊料的主要特點是低蒸氣壓，優良的耐蝕性和抗氧化性能，良好的流散 性和浸潤性，好的高溫穩定性，焊接時一般不形成氧化膜與脆性相，焊接強度高，被廣泛地 應用于電子工業觸點的制作。在長期的使用中，即使在多變的環境里，也能保證在微弱的電 流轉換及很小接觸壓力時具有優良的接觸可靠性。Au-Cu系焊料具有適中的熔點，低蒸氣壓和高耐蝕性，很好的流動性、浸潤性和填 縫能力，對Cu、Ni、！^、Co、1^、Mo、W、Nb、可伐合金、不銹鋼等金屬都有良好的潤濕性。Au-Cu 焊料與基體金屬之間一般不發生明顯的化學反應，被廣泛應用于高真空器件的焊接，如大 功率電子管、磁控管、波導管、真空儀表等部件。但是Au-Cu系合金在低溫區存在Au3Cu、AuCu和AuCu3有序相。將Au-Cu合金焊料 由高溫緩慢冷卻到400°C以下時將發生有序化相變，合金出現脆性有序相，這給合金的加工 與生產帶來困難。在釬焊過程中，有序相變所產生的體積變化以及脆性有序相的出現，可導 致釬焊接頭強度降低甚至開裂脆斷。因此，在加工和焊接過程中應避免有序化相變的出現。
發明內容
本發明的目的是提供一種金銅鎳合金材料，與Au-Cu焊料相比其更易于加工，焊 接效果更好，被廣泛應用于電真空器件的焊接。本發明的另一目的是提供一種金銅鎳合金材料的用途。本發明的再一目的是提供一種金銅鎳合金絲材的制備方法。為實現上述目的，本發明采取以下設計方案一種金銅鎳合金，其特征在于其成分組成及質量百分比Cu 1 60%，Ni 1
310%, Au 余量。該合金為Au-Cu-Ni系合金材料，其中Ni元素的添加使得材料在后期的加工、釬焊 工藝過程中避免了有序化相變的出現，這樣不僅降低了加工的困難性，還提高了焊接的質量。一種上述金銅鎳合金的用途，它是將上述的金銅鎳合金經連鑄、拉拔加工成絲材， 用作電真空器件的焊料或用來作輕負荷電接觸材料、繞組材料和滑環材料。在金銅合金中添加Ni可提高熔點和改善潤濕性。在焊接高鎳合金或黑色金屬時， 含較高Ni的Au-Cu-Ni焊接合金是適宜的，Ni的含量一般為4 10%。該合金也可用來作 輕負荷電接觸材料和精密繞組材料，如Au-7. 5Ν -1. 5Cu、Au-10Ni_15Cu等合金。一種上述金銅鎳合金的制備方法，其方法步驟如下1)按不超上述配比的范圍計算、稱重，備出高純金、無氧銅、高純鎳材料；2)將原料先后放入真空連鑄機的石墨坩堝內；3)抽真空至4 6Pa;4)升溫，控制升溫速度為20 25V /分鐘；5)控制坩堝內的溫度在1100°C -1150°C，精煉3 5分鐘，使成分均勻；6)向爐內充氬氣，至爐內的真空度為400 500Pa ；7)開始拉鑄，速度為2mm/s ；8)待拉鑄結束，即得到金銅鎳合金Φ8πιπι的絲材。9)將上述得到的金銅鎳合金Φ8πιπι的絲材經過拉拔、退火工序，至所需成品尺寸， 保存或包裝。現成品絲材的尺寸規格一般為Φ0. 5 Φ 1. 0mm,故經上述方法得到Φ8mm的絲材 后，繼續拉絲(即冷加工)加工至成品絲材的尺寸規格，道次加工率控制在10% -15%，退 火間加工率控制在50% -60%之間，退火溫度為740 780°C，保溫1-1. 5小時。本發明金銅鎳合金材料是一種被廣泛應用的電真空器件焊料，與先前的金銅系合 金相比，同屬一般工業用金合金高溫固溶體焊料，其具有低蒸氣壓和不致使基體材料開裂 的特性。在Au-Cu合金中加入Ni元素，不僅可以提高焊料的熔化溫度，又可以防止有序化 產生，還可以進一步改善其潤濕性能和抗蝕性，提高焊接強度與質量。金基含鎳和銅的三元 合金，在固相面以下所有的金鎳銅合金均為面心立方結構的單相固溶體，在較低溫度時，大 部分合金分解成為二相固溶體。該合金具備接觸電阻小，化學穩定性和耐磨性好的特點，20°C時P為0. 12 2. 30Qmm7m。本發明的優點是1、鎳元素的添力卩，提高了金合金的熔化溫度，比如在金銅20合金中添加3%的鎳， 可使合金的熔點提高40°C，大大改善了其潤濕性。2、本發明金銅鎳合金避免了金銅合金中有序化相變的出現，使得材料易加工，焊 接過程中能防止基體材料的開裂，提高了焊料的焊接質量。
具體實施例方式實施例1
采用下述的制備方法制備金銅鎳合金，其組分及質量百分比為Au :81. 5%, Cu 15. 5%, Ni 3% (簡稱 AuCu15.5Ni3)。制備工藝如下a)備原材料用電解法對金4N(99. 99% )原材料進行提純，去除雜質元素(主要 對Pb、Sb、In、Bi及稀土元素進行控制)，使金的純度達到5N以上(> 99. 999% )，外購鎳 (4N純度的鎳為佳)和無氧銅原材料；按照上述組分及質量百分比配比計算、稱重。b)將原料依次放入真空拉鑄爐的石墨坩堝內；c)抽真空，至真空度為51 ；d)升溫，控制升溫速度為20 25°C /分鐘；e)控制坩堝內的溫度在1100°C _1150°C，精煉3 5分鐘，使成分均勻；f)向爐內充氬氣，真空度為400 500Pa ；g)開始拉鑄，速度為2mm/s ；h)待拉鑄結束，即得到金銅鎳合金Φ8mm絲材；i)將金銅鎳合金Φ8mm通過拉絲加工至成品尺寸規格，加工率為50% 60%。上述方法中對金提純有一定的意義，能控制Pb、Sb、In、Bi及稀土元素，這些元素 對半導體來說屬于有害物質。本發明實施例1所述方法制備的金銅鎳合金被廣泛用作電真空器件的焊料。在焊 接銅、鎳、鋼和可伐合金時，有很好的流動性和浸潤性。實施例2 采用實施例1所述的方法制備金銅鎳合金，其組分及質量百分比為Au %, Cu 1. 5%, Ni 7. 5% (簡稱 AuCu15Ni7 5),控制連鑄溫度在 1200-1250°C。本發明實施例2所述方法制備的金銅鎳合金被用來作輕負荷的電接觸材料和繞 組材料。實施例3 采用實施例1所述的方法制備金銅鎳合金，其組分及質量百分比為Au %, Cu 15%, Ni 10% (簡稱 AuCu15Niltl),控制連鑄溫度在 1100-1150°C。本發明實施例3所述方法制備的金銅鎳合金被用來作輕負荷滑環材料。實施例4 采用實施例1所述的方法制備金銅鎳合金，其組分及質量百分比為Au %, Cu 60%, Ni 1% (簡稱 AuCu6tlNi1),控制連鑄溫度在 1150-1200°C。實施例5 采用實施例1所述的方法制備金銅鎳合金，其組分及質量百分比為Au %, Cu 20%, Ni 3% (簡稱 AuCu2tlNi3),控制連鑄溫度在 1100-1150°C。實施例6 采用實施例1所述方法制備的金銅鎳合金Φ 8mm絲材，經過拉拔工序加工至成品 尺寸，道次加工率控制在10% -15%，退火間加工率控制在50% -60%之間，退火溫度依據 合金的熔點而定，保溫1-1. 5小時。表1為與現有技術金銅合金材料的性能對比表1
權利要求
1. 一種金銅鎳合金，其特征在于其成分組成及質量百分比CU 1 60%，Ni 1 10%, Au 余量。
2. —種權利要求1所述金銅鎳合金的用途，其特征在于它是用權利要求1所述的金 銅鎳合金經連鑄、拉拔加工成絲材，用作電真空器件的焊料或用來作輕負荷電接觸材料、繞 組材料和滑環材料。
3.根據權利要求2所述金銅鎳合金的用途，其特征在于其中，Ni百分含量為1 4% 時，所述的金銅鎳合金絲材用作電真空器件的焊料；Ni百分含量為4 8%時，所述的金銅 鎳合金絲材用來作輕負荷的電接觸材料和繞組材料；Ni百分含量為8 12%時，所述的金 銅鎳合金絲材用來作輕負荷滑環材料。
4. 一種權利要求1所述金銅鎳合金的制備方法，其特征在于方法步驟如下1)按不超權利要求1所述的配比范圍計算、稱重，備出高純金、無氧銅、高純鎳材料；2)將原料先后放入真空連鑄機的石墨坩堝內；3)抽真空至4 6 ；4)升溫，控制升溫速度為20 25°C/分鐘；5)控制坩堝內的溫度在1100°C-1250°C，精煉3 5分鐘，使成分均勻；6)向爐內充氬氣，至爐內的真空度為400 500Pa;7)開始拉鑄，速度為2mm/s；8)待拉鑄結束，即得到金銅鎳合金Φ8πιπι的絲材。9)將上述得到的金銅鎳合金Φ8πιπι的絲材經過拉拔、退火工序，至所需成品尺寸，保存 或包裝。
5.根據權利要求4所述金銅鎳合金的制備方法，其特征在于將制成的Φ8πιπι的金 銅鎳合金絲材繼續通過拉絲加工至成品絲材的尺寸規格Φ0. 5mm Φ1. 0mm，道次加工率 控制在10% -15%，退火間加工率控制在50% -60%之間，退火溫度為740 780°C，保溫 1-1. 5小時。
6.根據權利要求4所述金銅鎳合金的制備方法，其特征在于所述高純金的純度為5N 以上；無氧銅、高純鎳的純度為4N以上。
7.根據權利要求4所述金銅鎳合金的制備方法，其特征在于所述高純金的制備用電 解法對金4N原材料進行提純，去除雜質元素，使金屬金的純度達到5N以上的高純度。
全文摘要
本發明公開了一種金銅鎳合金及其制備方法、用途，金銅鎳合金成分組成及質量百分比Cu15～60％，Ni1～5％，Au余量。制備方法如下按不超上述配比范圍計算、稱重；配高純金、無氧銅、高純鎳材料；將原料先后放入真空連鑄機中的石墨坩堝內，抽真空，升溫，待料全熔后充氬氣，開始拉鑄，經拉鑄得到的Φ8mm絲材，再通過拉拔工序可至成品尺寸。本發明金銅鎳合金材料被廣泛用作電真空器件的焊料，也可用來作輕負荷電接觸材料，繞組材料和滑環材料。本發明金銅鎳合金材料與金銅合金相比，鎳元素的添加避免了有序化相變的發生，使材料更易加工，且作為焊料使用，提高了焊接的質量。
文檔編號B22D11/14GK102115834SQ20091024455
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者董寶全, 陳怡蘭 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所