專利名稱：銅基合金復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬基復合材料科學領域，特別是涉及一種高彈性、高強度、高導的銅基復合材料及其制備方法。
背景技術：
隨著航天、航空、船舶等工業(yè)的迅猛發(fā)展，對繼電器的各項技術指標和環(huán)境適應能力提出了更高的要求。從國內(nèi)繼電器的發(fā)展趨勢來看，小型化、高負載、高環(huán)境適應能力是今后的發(fā)展方向，如某型號用1/5晶體罩繼電器(15.5mm×8.2mm×8.2mm)要求觸點負載DC28V、10A，且在環(huán)境溫度為-65～+125℃條件下正常工作?，F(xiàn)有電磁繼電器簧片彈性材料-銀鎂鎳合金已經(jīng)很難滿足使用要求，特別是銀鎂鎳合金在超過200℃條件下使用時的性能穩(wěn)定性直接影響型號的可靠性。
國內(nèi)電磁繼電器在型號工程上已經(jīng)廣泛使用，隨著國內(nèi)材料性能和工藝水平的提高，電磁繼電器的指標有了明顯提高，但是，與國外同類產(chǎn)品相比還有較大差距，主要體現(xiàn)為負載能力和力學性能指標偏低?，F(xiàn)用彈性材料鈹青銅帶的導電性能、強度以及高溫穩(wěn)定性制約著產(chǎn)品性能的進一步提高。
國外在繼電器接觸簧片的材料研究方面已經(jīng)有所突破，80年代后期，前蘇聯(lián)、美國開始大量使用Cu-Ni-Al、Cu-Ni-Si等新型彈性銅合金。合金的上限工作溫度可達200℃，在淬火狀態(tài)下合金具有可塑性，時效處理后有較高的彈性和硬度，綜合性能優(yōu)于鈹青銅或銀鎂鎳合金，但其機械強度較差、電阻率相對較高。
多元合金材料存在較難克服的各種缺點，復合材料通過多年的迅速發(fā)展，越來越被材料科學工作者重視。因此研制一種高強度、高導電性能、高彈性、耐高溫的復合彈性材料有利于提高型號用繼電器的可靠性，促進型號小型化、現(xiàn)代化。同時新材料的研制成功，不僅可以為新型號的研制提供技術支持，也可以為現(xiàn)行的繼電器結構改造提供技術支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠提高電磁繼電器的負載能力和力學性能指標，提高其導電性能、強度以及高溫穩(wěn)定性。為此，采用以下技術方案
將Ni與BeCu合金進行疊層，制得復合材料。根據(jù)Ni與BeCu合金不同的層數(shù)，來調(diào)節(jié)Ni與BeCu合金的成份比，復合材料的重量百分比為Ni6～22％，Be1.17～1.88％，余量為Cu，其結構為Ni與BeCu合金相互疊合的層狀。
具體的工藝流程及工藝參數(shù)如下1、將BeCu合金、Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材；2、用真空爐在600℃～800℃溫度下對Ni片材退火0.5～1小時，然后真空冷卻至室溫。
3、將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm。
4、用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層(木炭保護)在600℃～800℃下進行退火1～3小時，然后進行熱軋和冷軋制得復合片材。
本發(fā)明的技術方案中，決定復合材料界面層成份和厚度的工藝過程是本研究的關鍵。熱軋制過程和軋制型材的熱處理，決定了復合錠坯金屬間發(fā)生界面擴散反應的速度和最終界面層厚度。因此控制熱軋制及熱處理工藝條件是本研究的關鍵。決定復合材料界面層成份和厚度的工藝過程是本研究的關鍵。熱軋制過程和軋制型材的熱處理，決定了復合錠坯金屬間發(fā)生界面擴散反應的速度和最終界面層厚度。因此控制熱軋制及熱處理工藝條件是本研究的關鍵。
本發(fā)明研究了銅合金基體成分和復合成分，探索鈹銅合金/鎳二元復合材料在不同熱處理條件下的界面擴散規(guī)律，BeCu/Ni復合材料界面微觀結構(相組成、界面層厚度等)對復合材料電學性能、力學性能等的影響。研究了BeCu/Ni復合材料錠坯的熱軋制工藝、BeCu/Ni復合材料型材的制備和熱處理工藝研究、BeCu/Ni復合材料的成分和工藝參數(shù)對復合材料微觀組織結構以及性能的影響規(guī)律。
在上述研究的基礎上，篩選出最佳的合金配方和工藝條件參數(shù)，獲得了較好的性能指標。各項性能指標達到了最佳狀態(tài)。實施例1顯微硬度HV達150～194；抗拉強度達500～610MPa；屈服強度達391～506MPa；電阻率達5.05μΩ·cm。實施例2的顯微硬度HV達250～284；抗拉強度達805～910MPa；屈服強度達661～736MPa；電阻率達5.55μΩ·cm。實施例3的顯微硬度HV達160～184；抗拉強度達635～720MPa；屈服強度達501～595MPa；電阻率達6.25μΩ·cm。
具體實施例方式
實施例1外購0.29mm厚的BeCu合金帶材，0.08mm厚Ni帶材。將BeCu合金，Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材。將BeCu合金，Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材。用真空爐在650℃～750℃溫度下對Ni片材退火0.5～1小時，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為10mm～16mm。用0.5mm～1mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護)在750℃～800℃下進行退火1～3小時，然后進行熱軋制復合。熱軋至1～2mm后，淬火，道次變形量為10～20％。冷軋，道次變形量為8～16％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復合材料的重量百分比為Ni6～8％，Be1.38～1.88％，余量為Cu。得到復合材料的最佳性能顯微硬度HV達150～194；抗拉強度達500～610MPa；屈服強度達391～506MPa；電阻率達5.05μΩ·cm。
實施例2外購0.29mm厚的BeCu合金帶材，0.08mm厚Ni帶材。將BeCu合金，Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材。將BeCu合金，Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材。用真空爐在600℃～800℃溫度下對Ni片材進行退火1～5小時，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為15mm～30mm。用0.5mm～1mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護)在600℃～900℃下進行退火1～5小時，然后進行熱軋制復合。軋至1～3mm后，淬火，道次變形量為10～20％。冷軋，道次變形量為5～18％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復合材料的重量百分比為Ni12～14％，Be1.29～1.76％，余量為Cu。得到復合材料的最佳性能顯微硬度HV達250～284；抗拉強度達805～910MPa；屈服強度達661～736MPa；電阻率達5.55μΩ·cm。
實施例3外購0.29mm厚的BeCu合金帶材，0.08mm厚Ni帶材。將BeCu合金，Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材。用真空爐在600℃～800℃溫度下對Ni片材進行退火1～5小時，然后真空冷卻至室溫。將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為15mm～30mm。用0.5mm～3mm厚的純Cu將疊層完全包覆。將包覆的疊層(木炭保護)在600℃～900℃下進行退火1～5小時，然后進行熱軋制復合。軋至1～3mm后，淬火，道次變形量為10～30％。冷軋，道次變形量為5～28％，最終軋制成0.4mm厚的片材。最終復合材料的重量百分比為Ni20～22％，Be1.17～1.6％，余量為Cu。得到復合材料的最佳性能顯微硬度HV達160～184；抗拉強度達635～720MPa；屈服強度達501～595MPa；電阻率達6.25μΩ·cm。
權利要求
1.一種銅基合金復合材料，其特征在于其化學成分重量百分比為Ni6～22％，Be1.17～1.88％，余量為Cu，其結構為Ni與BeCu合金相互疊合的層狀。
2.一種如權利要求1中所述的銅基合金復合材料的制備方法，其特征在于由下列步驟構成(一)將BeCu合金、Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材；(二)用真空爐在600℃～800℃溫度下對Ni片材退火0.5～3小時，然后真空冷卻至室溫；(三)將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm；(四)用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層在木炭保護下，并在600℃～800℃下進行退火1～5小時，然后進行熱軋和冷軋制得復合片材。
3.如權利要求2中所述的銅基合金復合材料的制備方法，其特征在于所述的BeCu合金中，Be的重量百分比1.5～2％，余量為Cu。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅基合金復合材料及其制備方法，其化學成分重量百分比為Ni6～22％，Be1.17～1.88％，余量為Cu。由下列步驟構成將BeCu合金、Ni帶材裁成長度和寬度分別相等的片材；用真空爐在600℃～800℃溫度下對Ni片材退火0.5～1小時，然后真空冷卻至室溫；將BeCu合金片材和Ni片材進行表面處理后，對BeCu/Ni進行疊層，疊層的厚度為10mm～30mm；用純Cu將疊層完全包覆，將包覆的疊層在木炭保護下，并在600℃～800℃下進行退火1～3小時，然后進行熱軋和冷軋制得復合片材。
文檔編號C21D8/00GK101024322SQ200610010699
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權日2006年2月21日
發(fā)明者管偉明, 樊友煜, 張昆華, 陳松 申請人:貴研鉑業(yè)股份有限公司