一种高强高导稀土铜锡合金及其制备方法

本发明属于铜合金材料，特别涉及一种高强高导稀土铜锡合金及其制备方法。

背景技术：

1、cu-ni-sn系合金以其高强度高导电率和优良的耐腐蚀性能，成为制造高端仪器和电子元件的重点材料。cu-ni-sn系合金可以弥补传统cu-be合金缺点，具有更高的热稳定性、高温强度和抗高温应力松弛性能，并且生产过程中不会排放有毒气体，使其成为热门的环境友好材料。20世纪60年代引线框架的问世，cu-ni-sn系合金便凭借其优良的强度和导电率成为引线框架的主要材料。

2、随着电子电路、航空航天和机械工程等领域的不断发展，对高性能铜合金材料的需求逐步提高。目前cu-ni-sn系合金仍然面临强度不足和导电率低的问题。因此，亟需研究和开发性能更加优良的铜合金，以满足相关领域的发展要求。现有技术《一种高强度铜合金及其制备方法》(申请公布号cn 114645155a)中公开了，通过添加co、ti和y中的至少一种元素，能提高cu-ni-sn强度；现有技术《一种抗高温软化的cu-ni-sn系高强高弹铜合金及其制备方法》(申请公布号cn 114086027 a)公开了zn对cu-ni-sn合金的力学性能和高温抗软化性能有较大的贡献。

技术实现思路

1、为了解决目前cu-ni-sn系合金强度不足和导电率低问题，本发明提供了一种高强高导稀土铜锡合金及其制备方法，通过向合金中添加zn、ti和稀土元素y，实现了提高铜合金强度的同时提高导电率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种高强高导稀土铜锡合金，以重量百分比计，合金原料组成为，sn：1.8～2.1％，ni：0.8～1.0％，zn：0.4～0.6％，ti：0.2～0.3％，稀土元素y：0.1～0.2％，余量为cu。

4、本发明又提供了一种高强高导稀土铜锡合金的其制备方法，包括如下步骤：

5、步骤s1，配料：按照上述合金原料组成配料；

6、步骤s2，制备中间合金：将铜、钛按照重量比20:9放入真空非自耗电弧熔炼炉内，抽真空至炉内压强为5×102pa，随后充入氩气至炉内压强为0.05mpa，加热至1100℃，熔炼0.5～1h，自然冷却后的得到cu-45％ti中间合金，备用。

7、步骤s3，熔炼、浇筑和去皮；将真空中频感应炉抽真空至炉内压强为5×102pa，随即充入氩气至炉内压强为0.05mpa，将cu-45％ti中间合金和sn、ni、zn、y和余量cu在真空中频熔炼炉中熔炼得到合金熔体，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为1h；将合金熔体浇筑到砂型模具中，冷却后得到合金铸锭；将脱模得到的合金铸锭去除冒口并车削掉表层氧化皮；

8、步骤s4，热挤压：将步骤s3得到的合金铸锭加热至960℃，保温2h，然后热挤压成棒材，挤压比为5～10:1；

9、步骤s5，固溶处理：将步骤s4得到的合金棒材进行固溶处理，固溶处理在真空管式炉中将合金加热至950℃，保温2h，然后进行水淬；

10、步骤s6，冷轧：对步骤s5得到的合金试样进行冷轧变形，变形量为60％；

11、步骤s7，双时效处理：时效温度为400℃～550℃，时效时间为10min～240min，合金试样冷却后再进行相同温度和时间的双时效处理。

12、本发明具有如下有益效果：

13、本发明中zn元素的添加显著影响合金的机械性能，有利于提高合金的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率。合金中添加ti元素可以细化晶粒，并提高合金抗蠕变性能，提高合金的再结晶温度，使合金在高温环境下具有更优异的性能。合金冷轧变形处理后发生严重塑性变形，强化铜基体。添加稀土元素y促进再结晶过程中形成细小再结晶晶粒，提高合金强度。因此，本发明具有制备过程简单，工艺流程短、高强度、高导电性、热加工性能优良等特点。

14、与《一种高强度铜合金及其制备方法》(申请公布号cn 114645155a)相比，本发明中通过二次时效热处理提高了合金的硬度、导电率和抗拉强度。在《一种抗高温软化的cu-ni-sn系高强高弹铜合金及其制备方法》(申请公布号cn 114086027 a)专利中，ni含量达到14～16wt.％，ni含量的增多使氢在合金中的溶解度增大，导致合金吸氢严重从而恶化合金性能，需要采取保护措，同时熔炼过程中还需要上引连铸工艺。而本发明中ni含量仅为0.8～1.0％，无需考虑除氢过程，同时熔炼过程简单，流程短。

技术特征：

1.一种高强高导稀土铜锡合金，其特征在于，以重量百分比计，合金原料组成为，sn：1.8~2.1%，ni：0.8~1.0%，zn：0.4~0.6%，ti：0.2~0.3%，稀土元素y：0.1~0.2%，余量为cu。

2.权利要求1所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，熔炼的条件为：抽真空至炉内压强为5×102pa，随即充入氩气至炉内压强为0.05mpa，加热至1100℃，熔炼0.5~1h。

4.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，熔炼的条件为：抽真空至炉内压强为5×102pa，随即充入氩气至炉内压强为0.05mpa，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为1h。

5.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，在步骤s4之前，将脱模得到的合金铸锭去除冒口和表层氧化皮。

6.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s4中，挤压比为5~10:1。

7.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s5中，固溶处理是将合金加热至950℃，保温2h，然后进行水淬。

8.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s6中，冷轧处理的变形量为60%。

9.根据权利要求2所述的一种高强高导稀土铜锡合金的制备方法，其特征在于，步骤s7中时效时间为10~240min，合金试样冷却后再进行相同温度和时间的双时效处理。

技术总结本发明属于铜合金材料技术领域，特别涉及一种高强高导稀土铜锡合金及其制备方法，所述的稀土铜锡合金由锡、镍、锌、钛、铜和稀土元素钇组成。以重量百分比计，合金原料组成为，Sn：1.8~2.1%，Ni：0.8~1.0%，Zn：0.4~0.6%，Ti：0.2~0.3%，稀土元素Y：0.1~0.2%，余量为Cu。本发明具有制备过程简单、工艺流程短、高强度和高导电性等特点，其抗拉强度可达569.3MPa。技术研发人员：张毅,周孟,楚春贺,李旭,田保红,景柯,安俊超,唐顺龙,贾延琳,刘勇,马书志受保护的技术使用者：河南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11