CN115874080B - 一种铜基合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜基合金材料及其制备方法和应用，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％；具体的，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质；本发明以固溶的方式在铜基体中加入一种或多种其它合金元素，形成过饱和固溶体，通过时效处理，将溶解在铜基体中的合金元素与基体结合，以化合物的形式析出，从而增强铜基体，通过位错和晶界，提高铜合金的强度和导电性能。

Description

一种铜基合金材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于金属合金材料技术领域，具体涉及一种铜基合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

铜合金具有高导电性和导热性、优异的耐腐蚀性和良好的机械性能，广泛应用于机械、电子工业、电磁继电器、引线框架等领域。高强度强度铜合金主要用来制造各种精密的仪器仪表和机械制造物品，广泛应用于汽车、航空、航天、仪器仪表、电力等领域。

尽管纯铜的导电性能很好，但是由于纯铜的硬度和强度太低，还是无法直接作为精密仪器仪表和/或精密机械零部件的材料使用。因此，往往通过加入一定的微量元素形成合金达到精密仪器仪表和/或精密机械零部件材料所需的性能，铜合金的强化机制主要有固溶强化、细晶强化、形变强化、析出相强化。但是目前制备的铜基合金材料仍然不能同时满足导电性能和高强度的要求，限制了其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铜基合金材料及其制备方法和应用，通过加入合金元素和进行固溶时效处理来改善铜合金的性能，最终使合金具有高强度和较高电导率。

本发明为达到上述技术目的，所采用的技术方案如下：

第一方面：

一种铜基合金材料，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之和为2.2％；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％。发明人发现当镍、锡与铬的含量之比为10:9:3，且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％，合金强度是最高的，低于或者高于这一值时，其力学性能均有所降低，这可能是由于镍、锡与铬三种元素满足这一条件时在提高合金强度方面具有一定的协同增效作用。

作为进一步的优选，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。

作为进一步的优选，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.5％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质。元素组成在这一比例时，本发明的合金具有最优异的综合性能。

第二方面：

一种铜基合金材料的制备工艺，包括如下工艺步骤：按比例配制原料，然后对原料进行熔炼、均匀化退火、固溶、冷轧以及时效处理；

所述固溶过程在惰性气体保护下进行，960℃保温90min；所述时效处理在惰性气体保护下进行，先升温至400～550℃后，再保温10～120min，最后随炉冷却至室温。

作为进一步的优选，所述熔炼为真空熔炼，感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，通入氩气至0.6atm。

作为进一步的优选，所述均匀化退火在井式电阻炉或箱式电阻炉内进行。

作为进一步的优选，所述原料为99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

作为进一步的优选，所述固溶过程中的惰性气体为氩气；所述时效处理过程中的惰性气体为氩气。

第三方面：

本发明提供了上述铜基合金材料在制备精密仪器仪表和/或精密机械零部件方面的应用。

本发明中使用的术语“固溶处理”是指固溶体凝固时，平衡转变受到抑制，得到亚稳态的过饱和固溶体单相组织的过程。

本发明中使用的术语“均匀化退火”是指“扩散退火”，为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火。扩散退火的工艺过程是在适当的加热温度下长时间保温，然后再缓慢的冷却到室温。通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体(主要是氢)脱溶析出，这时称为脱氢退火。扩散退火也可以将金属及其合金加热到接近或低于固相线的较高温度下长期保温，并用一定的速度冷却，可以改善或消除铸件中的枝晶偏析、轧材中的带状偏析。

本发明中使用的术语“时效处理”，是指金属或合金工件(如低碳钢等)经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。

本发明公开了如下技术效果：

本发明的目的在于提高现有技术中铜基合金的强度和导电性能。虽然公知合金元素的添加理论上能够在某些方面提高合金的性能，但是在实际生产过程中会受到各种因素的综合影响，往往无法达到预期的效果。

本发明以铜作为基体元素，增强相为镍、锡、铬以及钛；本发明通过单因素试验和正交试验，经过数据分析发现，以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3，且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％时可以提高铜基合金的强度和导电性。本发明以固溶的方式在铜基体中加入一种或多种其它合金元素，形成过饱和固溶体，通过时效处理，将溶解在铜基体中的合金元素与基体结合，以化合物的形式析出，从而增强铜基体，通过位错和晶界，提高铜合金的力学性能。

本发明通过在Cu基体中加入Ti元素可以细化晶粒提高合金强度，加入微量的Cr元素能细化组织并提高合金的高温稳定性，加入一定量的Sn可以使得合金阻碍位错运动的能力变强而使得合金强度提高，加入适当的Ni元素易与Sn、Ti元素形成析出相，起到析出强化的作用，进而提高合金的力学性能。将各种金属元素和铜元素熔化，然后进行退火和固溶处理，得到饱和固溶体合金，在形成固溶体的过程会产生晶格畸变阻碍位错运动，从而对合金起到强化作用。本发明综合研究各方面因素，通过对各种因素的筛选和组合，通过加入合金元素和进行固溶时效处理来改善铜合金的性能，最终使合金具有高强度和较高的电导率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备流程图；

图2是本发明实施例3所述的Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金的固溶态和时效态的金相显微组织图，其中(a)为固溶态图，(b)为时效态图；

图3为本发明实施例3制备的Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的TEM图像；其中(a)为Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的TEM图(1μm)；(b)为Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的TEM图(500nm)。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

一种铜基合金材料，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，其中钛含量为0.35％～0.75％，镍、锡与铬的含量之比为10:9:3；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％。

作为本发明的一些实施例，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.35％～0.75％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

作为本发明进一步优选的实施例，以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.5％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

一种铜基合金材料的制备工艺，包括如下工艺步骤：按比例配制原料，然后对原料进行熔炼、均匀化退火、固溶、冷轧以及时效处理；

所述固溶过程在惰性气体保护下进行，960℃保温90min；所述时效处理在惰性气体保护下进行，先升温至400～550℃后，再保温10～120min，最后随炉冷却至室温。

作为本发明的一些优选实施例，所述熔炼为真空熔炼，感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，通入氩气至0.6atm。

作为本发明的一些优选实施例，所述均匀化退火和去应力退火在井式电阻炉或箱式电阻炉内进行。

作为本发明的一些优选实施例，所述原料为99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。原则上，本发明对惰性气体的种类不做特别限定，只要能够作为固溶和时效处理过程中起保护性作用的气体均可，作为本发明的一些优选实施例，所述固溶过程中的惰性气体为氩气；所述时效处理过程中的惰性气体为氩气。

本发明以下实施例所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买或者按照本领域技术人员所熟知的常规方法制备即可。

本发明实施例中所用原料的技术指标如下：铜为纯度99％标准电解铜；Ni纯度为99.9％的镍块；Sn纯度为99.9％锡块；Cu-33％Ti中间合金(即Ti占比33wt.％的铜钛合金)；Cr纯度为99.9％铬块。

本发明实施例中所使用的仪器如下：

真空中频感应炉：ZG-0.01-40-4；

真空热处理炉：KJ-V1200-12LW；

真空管式炉：型号KSS-1200。

实施例1

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度高导电性Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将原料加入真空中频感应炉，在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温10min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

图1是Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备流程图，可以清楚地看到高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制造过程。

对本实施例1的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例2

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。原料为99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将原料加入真空中频感应炉，在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温30min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例2的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例3

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将原料加入真空中频感应炉，在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例3的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例4

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将原料加入真空中频感应炉，在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温120min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例4的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例5

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。原料：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将原料加入真空中频感应炉，在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4～10h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大粗大为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。本实施例在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到400℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例5的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例6

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。原料：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将加入真空中频感应炉，应在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到450℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例6的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例7

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.75％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，将加入真空中频感应炉，应在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到550℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例7的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例8

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.35％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.35％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67′10-3Pa，将加入真空中频感应炉，应在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例8的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例9

本实施例提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.75％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

本实施例提供的高强度强度Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料

按照以下重量配比进行配料：重量百分比为1％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.75％的Ti，重量百分比为0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)；所使用的原料为：99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

(2)熔炼

采用真空熔炼方式，将感应炉抽到真空度6.67′10-3Pa，将加入真空中频感应炉，应在氮气0.6atm的气氛中进行熔炼，出炉温度一般为1300～1350℃。熔炼完成后放入水冷铜坩埚中浇注成型，得到合金铸锭。

(3)均匀化退火

为了减少合金成分的偏析，应在950℃下退火4h；然后机加工去除冒口和氧化皮。

(4)固溶

适当的温度进行固溶处理是合金获得良好性能的关键工艺。选择固溶温度以合金不产生粗大晶粒为前提。为了获得较好的析出强化效果，同时可以进一步消除合金内偏析，需选择适当的固溶温度。在真空热处理炉中进行960℃下保温90min的固溶试验、水冷，同时通入氩气保护。

(5)冷轧

通过冷轧处理，冷轧变形量60％，形变强化以强化基体，在冷轧处理前把试样表面的氧化皮去掉。

(6)时效

时效处理一般是采用低固溶度的合金元素溶入铜基体中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，造成铜晶格严重畸变，而使强度提高，导电率降低。经时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，从而又使合金的导电率迅速恢复，而这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的滑动，因而使铜合金仍保持较高的强度。在真空管式炉(型号：KSS-1200)进行时效试验，时效过程全程通入氩气保护，先升温到500℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温，即获得高强导电Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金。

对本实施例9的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

实施例10

本实施例与实施例3的区别仅在于，提供的铜合金的化学成分组成为：重量百分比为0.8％的Ni，重量百分比为0.9％的Sn，重量百分比为0.5％的Ti，重量百分比为0.5％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质(杂质总含量≤0.06％)。

对本实施例的合金显微硬度、导电率以及强度进行检测，检测结果见表1。

表1各实施例性能参数比较

从表1中可以看出，通过对比实施例1～4可以看出，Cu-1.0Ni-0.9Sn-0.5Ti-0.3Cr合金时效温度一定时，导电率随着时效时间的增加而增加，硬度和强度随着时效时间的增加先增加而后减小，在时效时间为60min时，合金的硬度和强度有最大值，分别为220.5HV和606.9MPa。通过对比实施例3、5、6、7可以看出，Cu-1.0Ni-0.9Sn-0.5Ti-0.3Cr合金时效时间一定时，合金在温度为400～550℃时效，导电率随着时效温度的增加而增加，硬度和强度随着时效温度的增加先增加而后减小，峰值出现在时效温度为500℃处。通过实施例1～7可以看出，Cu-1.0Ni-0.9Sn-0.5Ti-0.3Cr合金经500℃时效60min后，获得了抗拉强度为606.9MPa、显微硬度为220.5HV和导电率为45.2％IACS的优异的综合性能，即实施例3为最佳的实施例。本发明对实施例3的合金性能进行进一步验证，图2是本发明实施例3所述的Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金的固溶态和时效态的金相显微组织。由图2可以看出，Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金经过固溶处理，使得合金中的第二相回溶进Cu基体中，提高合金的冷加工性能。Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金经过时效处理后，使得合金中的第二相析出，净化基体提高合金的导电率，同时起强化作用使得合金的强度、硬度得到提高。图3是本发明实施例3所述的Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金材料的TEM图像，可以看出合金基体中分布许多尺寸较大和许多细小的析出相，析出相存在于基体，阻碍位错运动，合金变形困难，从而提高了合金的强度。

通过实施例3、8、9可以看出，Cu-Ni-Sn-Ti-Cr合金的导电率随着合金成分中Ti含量的增加而减少，硬度和强度随着合金成分中Ti含量的增加而增加。从实施例3和实施例10的对比实验数据可以发现，当镍、锡与铬的含量之比为8:9:5；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％时，合金的综合性能均有所下降。可见镍、锡与铬的含量之比为10:9:3；且0.3％≤Cr＜Sn＜Ni≤1％这一条件是重要的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铜基合金材料，其特征在于，其基体相为铜；增强相为镍、锡、铬以及钛；以质量百分数计，包括1％的Ni，0.9％的Sn，0.5％的Ti，0.3％的Cr，余量为Cu和不可避免的杂质；

所述的铜基合金材料的制备方法，包括如下工艺步骤：按比例配制原料，然后对原料进行熔炼、均匀化退火、固溶、冷轧以及时效处理；

所述固溶过程在惰性气体保护下进行，960℃保温90min；所述时效处理在惰性气体保护下进行，先升温至500℃后，再保温60min，最后随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述时效处理的次数为2次。

3.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述熔炼为真空熔炼，感应炉抽到真空度6.67×10^-3Pa，通入氩气至0.6atm。

4.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述均匀化退火在井式电阻炉或箱式电阻炉内进行。

5.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述原料为99％标准电解铜、纯Ni、纯Sn、Cu-33％Ti中间合金、纯Cr。

6.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述固溶过程中的惰性气体为氩气；所述时效处理过程中的惰性气体为氩气。

7.如权利要求1～6任一项所述的铜基合金材料在制备精密仪器仪表和/或精密机械零部件方面的应用。