CN107043868A - 一种铜基稀散元素合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基稀散元素合金材料的制备方法，属于铜合金真空熔融领域，目的在于提供铜合金的电导率，包括加料、抽真空、通过惰性气体、加入合金元素、超声波结晶等步骤，可以有效的提高铜合金的电导率。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金材料领域，具体来说是一种含有稀散元素的高纯度铜合金材料。
背景技术
铜是经常要使用的一种金属材料，铜的导电性、介电损耗、脆性、塑性等和铜的微观结构会密切的关系，结构缺陷将会影响到这些性能。
上述结构缺陷与铜的凝固、固态转变、扩散等过程有及其密切的关系，通常缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷，并且这些缺陷随着外界的条件变化也在不同的变化，进一步影响到铜的相关性能。
在铜的凝固过程中，加入一些孕育剂或者晶粒细化剂，选取合适的凝固时间和温度，可获得适宜的成核和晶粒成长速率，从而控制晶粒尺寸，形成较小的晶粒，实现细化。
对铜合金材料来说，影响电导率的因素主要有固溶原子、杂质、空位、位错以及晶界对电子的散射作用。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中铜电导率差银成本高的问题，提供一种铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取铜原料；
步骤2：调节真空感应熔炉中的真空度为：0.5-0.7，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.5-0.7；
步骤3：向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通过惰性气体进行搅拌；
步骤4：在温度为1190℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.01%-0.05%钴、 0.01%-0.05%镍元素；
步骤5：通入氩气，将真空度控制在0.2-0.3之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.001-0.01%，以及铜料0.01%-0.05%稀土元素铯。
步骤6：进行进一步精炼，在超声波状态下进行冷却结晶处理；
步骤7：挤压、拉伸成铜丝。
本发明所述的铜原料可以选一次电解后的高纯度铜原料，但是本发明公开的技术方案对铜原料纯度为99.99%具有优异的效果，可将电导率铜料的电导率提高到101%以上，所以在优选的方式中，选择99.99%的铜原料，通常是一次电解的铜原料。在本发明中通入惰性气体，主要在与出去水分和有害气体，将真空度保持在0.5-0.7，可以有效的保持低压，增大真空熔融的净化效果，实验发现，在本发明中通过在坩埚底部通入惰性气体，能够有效的进行搅拌，一方面可以将熔体深层的有害杂质进行去除，另一方面能够使得熔体均匀，有利于结晶，提高结晶的致密性。加入适量的钴元素和镍元素可以有效的进行除杂、提高晶体的结晶均匀和致密性，降低局部缺陷，提高铜合金的电导率，实验发现加入的铯元素基本都留在了铜合金中，并且加相对于不加，电导率有较大提高，猜想铯元素的加入和一些有害杂质形成有化学物，并且能够溶于铜合金金属当中。实验发现，上述元素的加入还并不得使得电导率有巨大的提高，为了使得晶体更加紧密，本发明发现通过超声波可以取得非常好的效果，其中超声波对结晶的影响也是非常多面的，在一些波段中，超声波影响较小，在一些波段中，超声波效果比较突出，而功率超过一定值时，会导致晶粒被击碎，效果比较差，本发明发现在频率范围为1Mhz-5MHz，功率为M*50 W ～ M*100W下，结晶效果最好，其中M为铜合金熔体的质量。
上述各组分的含量不是独立存在的，为了达到较高电导率，其组分之间会有一定的相互影响性，而通过实验发现上述合金元素各量和超声波的配合可以充分的降低晶粒、提高铜晶体的致密性，提高电导率。在实验中在采用其他合金元素或者其他含量和超声波的配合时，并不具有相应的效果，所以，本发明中特定合金元素和含量和超声波配合是本发明核心点所在，但同时，在没有超声波的刺激下，该合金元素的加入通常情况下可以提高力学性能，对电导率影响不大。综上，本发明公开的合金元素的加入，能够充分的对铜进行除杂、并增大了强度、提高了铜晶体的致密性，提高了电导率。
作为优选，步骤二中真空度为0.6。
作为优选，步骤三在坩埚底部进入的惰性气体为氦气。
作为优选，所述步骤4中的钴重量份数为0.02%，镍元素质量份数为0.02%。
作为优选，步骤5中的真空度控制在0.3。
作为优选，，超声波的频率范围为1Mhz-5MHz，所述的超声波的功率为M*50 W ～M*100W,其中M为铜合金熔体的质量。
本发明公开了一种铜合金高电导率材料，按照本发明所公开的方法制备得出。
本发明公开的制备方法，杂质含量少，纯度高，晶体致密，电导率可达101%以上。
具体实施方式。
具体实施例1：首先取纯度为99.99%铜原料，调节真空感应熔炉中的真空度为：0.6，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.6；向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通过氦气进行搅拌；其次在温度为1200℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.01%钴、 0.01%镍元素；之后通入氩气，将真空度控制在0.2-0.3之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.001%，以及铜料0.01%稀土元素铯；最后，进行进一步精炼，在超声波（声波的频率为1Mhz，所述的超声波的功率为M*50 W,其中M为铜合金熔体的质量）状态下进行冷却结晶处理，挤压、拉伸成铜丝，测得电导率为101%。
具体实施例2：首先取纯度为99.99%铜原料，调节真空感应熔炉中的真空度为：0.7，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.7；向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通入氦气进行搅拌；其次在温度为1200℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.03%钴、 0.03%镍元素；之后通入氩气，将真空度控制在0.2之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.01%，以及铜料0.05%稀土元素铯；最后，进行进一步精炼，在超声波（声波的频率范围为5MHz，所述的超声波的功率为M*100W,其中M为铜合金熔体的质量）状态下进行冷却结晶处理，挤压、拉伸成铜丝，测得电导率为101.5%。
具体实施例3：首先取纯度为99.99%铜原料，调节真空感应熔炉中的真空度为：0.5，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.5；向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通过惰性气体进行搅拌；其次在温度为1190℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.02%钴、0.02%镍元素；之后通入氩气，将真空度控制在0.3之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.005%，以及铜料0.04%稀土元素铯；最后，进行进一步精炼，在超声波（声波的频率范围为3MHz，所述的超声波的功率为M*100W,其中M为铜合金熔体的质量）状态下进行冷却结晶处理，挤压、拉伸成铜丝，测得电导率为100%
具体实施例4：首先取纯度为99.99%铜原料，调节真空感应熔炉中的真空度为：0.5，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.5；向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通过惰性气体进行搅拌；其次在温度为1200℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.01%钴、 0.01%镍元素；之后通入氩气，将真空度控制在0.2之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.006%，以及铜料0.05%稀土元素铯；最后，进行进一步精炼，在超声波（声波的频率范围为2MHz，所述的超声波的功率为M*100W,其中M为铜合金熔体的质量）状态下进行冷却结晶处理，挤压、拉伸成铜丝，测得电导率为101.8%。
Claims (7)
1.一种铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取铜原料；
步骤2：调节真空感应熔炉中的真空度为：0.5-0.7，通过惰性气体，并进行抽真空，将熔炉内的真空度控制在0.5-0.7；
步骤3：向熔炉中加入铜料，并进行加热熔炉，通过控制功率控制熔化铜的气泡均匀，在坩埚底部通过惰性气体进行搅拌；
步骤4：在温度为1190℃-1300℃下加入铜原料质量份数为0.01%-0.05%钴、 0.01%-0.05%镍元素；
步骤5：通入氩气，将真空度控制在0.2-0.3之间，将温度控制在1300℃-1500℃之间，加入微量稀散元素镓，镓重量比为铜料的0.001-0.01%，以及铜料0.01%-0.05%稀土元素铯;
步骤6：进行进一步精炼，在超声波状态下进行冷却结晶处理；
步骤7：挤压、拉伸成铜丝。
2.如权利要求1所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，所述的铜原料纯度为99.99%。
3.如权利要求1所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中真空度为0.6。
4.如权利要求3所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三在坩埚底部进入的惰性气体为氦气。
5.如权利要求4所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的钴重量份数为0.02%，镍元素质量份数为0.02%。
6.如权利要求5所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，步骤5中的真空度控制在0.3。
7.如权利要求6所述的铜基稀散元素合金材料的制备方法，其特征在于，超声波的频率范围为1Mhz-5MHz，所述的超声波的功率为M*50 W ～ M*100W,其中M为铜合金熔体的质量。
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