1.本发明涉及铜合金制备技术领域，特别涉及一种改性铜铬合金及其制备方法和应用。


背景技术：

2.铜铬合金是一种常见的沉淀强化铜合金，具备强度高、导电性能优异的特点，可用于制备引线框架、结晶器、真空阀、导流罩、高压开关弹片及接触导线等产品，广泛应用于电子元器件、核工业、航空航天、轨道交通等领域。然而，随着工业的发展，传统的铜铬合金无法同时满足抗拉强度和导电率的要求，因此需要开发一种抗拉强度较高、且导电性能优异的铜铬合金。


技术实现要素：

3.基于此，本发明提供了一种改性铜铬合金及其制备方法和应用，该改性铜铬合金具有较高的抗拉强度及较好的导电性能。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
5.一种改性铜铬合金，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：
6.铬0.6％～1.0％、稀土金属0.03％～0.1％和余量的铜及杂质；所述稀土金属包括轻稀土金属和重稀土金属，所述轻稀土金属包括镧和铈两种，所述重稀土金属包括钆、钇和铒三种。
7.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述镧和所述铈的质量比为1:(0.2～5)。
8.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述镧和所述铈的质量比为1:(0.5～2)。
9.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述钆、所述钇和所述铒的质量比为1:(0.5～5):(0.2～5)。
10.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述钆、所述钇和所述铒的质量比为1:(1～2):(0.5～2)。
11.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述轻稀土金属和所述重稀土金属的质量比为1:(1～9)。
12.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述轻稀土金属和所述重稀土金属的质量比为1:(1～3)。
13.在其中一些实施例中，改性铜铬合金中，所述杂质包括sn、pb、bi、o、h、s、p、ni、si、fe或al原子；按质量百分比计，ni≤0.05％、fe≤0.03％、al≤0.05％、s≤0.005％，以及其他杂质≤0.2％。
14.本发明提供了一种改性铜铬合金的制备方法，包括以下步骤：
15.将上述的改性铜铬合金的制备原料混合后，进行熔铸，得到合金铸锭；
16.将所述合金铸锭依次进行热加工处理和时效处理。
17.本发明提供了一种上述的改性铜铬合金在制备铜铬合金制品中的应用。
18.本发明提供了一种铜铬合金制品，其材质包含上述的改性铜铬合金。
19.与现有技术相比较，本发明的改性铜铬合金具有如下有益效果：
20.本发明的技术人员经过分析，传统制备铜铬合金的原料中通常含有杂质sn、pb、bi、o、s、p、ni、fe或al等，其中sn、pb、bi、al等低熔点金属杂质易与基体铜形成熔点较低的金属间化合物，降低铜铬合金高温力学性能；o、s、h、p等非金属杂质会导致铜铬合金出现针孔缺陷、热脆现象，降低铜铬合金的导电性能以及高温稳定性；而fe、ni易固溶在基体铜中，降低产品导电性能。
21.本发明的改性铜铬合金，其制备原料包括特定百分含量的铬、稀土金属和铜及杂质，且稀土金属包括轻稀土金属和重稀土金属，以及轻稀土金属包括镧和铈两种，重稀土金属包括钆、钇和铒三种；通过将包含特定种类的轻稀土金属和特定种类的重稀土金属与铜、铬按特定比例添加，该轻稀土金属能与制备原料中的o、h、s、p等杂质原子等反应形成相应的化合物，并以渣相的形式从熔体中脱出，有效起到净化熔体的作用；进一步地，该重稀土金属能与制备原料中的sn、pb、bi、al等低熔点金属杂质形成高熔点化合物，可有效提升铜铬合金的热稳定性；与ni、fe等杂质元素形成稳定的化学物，降低其对铜铬合金导电性的影响；轻稀土金属和重稀土金属与铜、铬之间协同作用，同时控制稀土金属在改性铜铬合金的质量百分比，使得在保持较好导电性能的基础上，有效提升铜铬合金的抗拉强度。
具体实施方式
22.以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。应当理解，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
25.本发明一实施方式提供了一种改性铜铬合金，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：
26.铬0.6％～1.0％、稀土金属0.03％～0.1％和余量的铜及杂质；稀土金属包括轻稀土金属和重稀土金属，轻稀土金属包括镧和铈两种，重稀土金属包括钆、钇和铒三种。
27.上述改性铜铬合金，其制备原料包括特定百分含量的铬、稀土金属和铜及杂质，且稀土金属包括轻稀土金属和重稀土金属，以及轻稀土金属包括镧和铈两种，重稀土金属包括钆、钇和铒三种；通过将包含特定种类的轻稀土金属和特定种类的重稀土金属与铜、铬按特定比例添加，该轻稀土金属能与制备原料中的o、h、s、p等杂质原子等反应形成相应的化合物，并以渣相的形式从熔体中脱出，有效起到净化熔体的作用；进一步地，该重稀土金属能与制备原料中的sn、pb、bi、al等低熔点金属杂质形成高熔点化合物，可有效提升铜铬合
金的热稳定性；与ni、fe等杂质元素形成稳定的化学物，降低其对铜铬合金导电性的影响；轻稀土金属和重稀土金属与铜、铬之间协同作用，同时控制稀土金属在改性铜铬合金的质量百分比，使得在保持较好导电性能的基础上，有效提升铜铬合金的抗拉强度。
28.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：
29.铬0.8％～1.0％、稀土金属0.06％～0.1％和余量的铜及杂质；
30.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，按质量百分比计，其制备原料包括以下组分：
31.铬0.8％、稀土金属0.1％和余量的铜及杂质。
32.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，镧和铈的质量比为1:(0.2～5)。可以理解，镧和铈的质量比可以为1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.8、1:1、1:0.2、1:1.2、1:4.5、1:2、1:3、1:4、1:5等。
33.在其中一些具体的示例中，改性铜铬合金中，镧和铈的质量比为1:(0.5～2)。
34.在其中一些较优的示例中，改性铜铬合金中，镧和铈的质量比为1:0.5。
35.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，钆、钇和铒的质量比为1:(0.5～5):(0.2～5)。
36.在其中一些具体的示例中，改性铜铬合金中，钆、钇和铒的质量比为1:(1～2):(0.5～2)。
37.在其中一些较优的示例中，改性铜铬合金中，改性铜铬合金中，钆、钇和铒的质量比为1:1:0.5。
38.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，轻稀土金属和重稀土金属的质量比为1:(1～9)。可以理解，轻稀土金属和重稀土金属的质量比可以为1:1、1:1.1、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9。
39.在其中一些具体的示例中，改性铜铬合金中，轻稀土金属和重稀土金属的质量比为1:(1～5)；可选地，轻稀土金属和重稀土金属的质量比为1:(1～3)。
40.在其中一些较优的示例中，改性铜铬合金中，轻稀土金属和重稀土金属的质量比为1:3。
41.上述改性铜铬合金，包括特定组分的基础上，进一步控制镧和铈的质量比，钆、钇和铒的质量比，以及轻稀土金属和重稀土金属的质量比，有利于进一步提升铜铬合金的抗拉强度。
42.在其中一些示例中，改性铜铬合金中，制备原料中杂质的控制要求为：ni≤0.05％，fe≤0.03％，al≤0.05％，s≤0.005％，其他杂质≤0.2％。本发明一实施方式提供了一种改性铜铬合金的制备方法，包括步骤s10～s60。
43.步骤s10：将上述的改性铜铬合金的制备原料混合后，进行熔铸，得到合金铸锭。
44.在其中一些示例中，步骤s10中，铬采用铬与铜的合金形式添加，即铜铬中间合金。
45.在其中一些示例中，步骤s10中，稀土金属采用与铜的合金形式添加。可以理解，镧、铈、钆、钇和铒可以分别与铜熔炼得到铜镧、铜铈、铜钆、铜钇、铜铒中间合金，还可以先将镧、铈、钆、钇和铒混合，再与铜熔炼得到铜稀土中间合金。
46.在其中一些具体的示例中，步骤s10中，将铜与镧、铈混合熔炼，以及铜与钆、钇、铒
混合熔炼，分别得到铜稀土中间合金。
47.在其中一些示例中，步骤s10中，熔铸的步骤包括：
48.将各原料的混合物熔炼后，进行浇铸，得到合金铸锭。
49.在其中一些示例中，步骤s10中，熔炼的温度为1400℃～1450℃，时间为5min～15min；可选地，熔炼的温度为1410℃～1430℃，时间为10min～15min。
50.在其中一些具体的示例中，步骤s10中，熔炼的温度为1420℃，时间为10min。
51.在其中一些示例中，步骤s10中，先将铜和铬混合进行熔炼，再加入稀土金属进行熔炼。可以理解，在其中一些具体的示例中，步骤s10中，先将铜和铜铬中间合金在熔炼温度下进行熔炼，再加入稀土中间合金进行熔炼。
52.在其中一些较优的示例中，步骤s10中，先将铜和铜铬中间合金在1420℃保温5min，再加入稀土中间合金保温5min。
53.在其中一些示例中，步骤s10得到的合金铸锭的直径为100mm～300mm。
54.步骤s20：将步骤s10得到的合金铸锭进行热加工处理，得到合金棒材。
55.在其中一些示例中，步骤s20中，热加工处理为：将步骤s10得到的合金铸锭在850℃～980℃下保温30min～120min后，进行热挤压，得到合金棒材；可选地，将合金铸锭在900℃～980℃下保温50min～80min。
56.在其中一些具体的示例中，步骤s20中，热加工处理为：将合金铸锭在950℃下保温60min后，进行热挤压。
57.在其中一些示例中，步骤s20中，热挤压的温度为850℃～980℃；可选地，热挤压的温度为850℃～950℃。
58.在其中一些具体的示例中，步骤s20中，热挤压的温度为950℃。
59.步骤s30：将热加工处理后的合金棒材进行固溶处理。
60.在其中一些示例中，步骤s30中，固溶处理为：将热加工处理后的合金棒材在920℃～1040℃下保温60min～240min，冷却；可选地，将热加工处理后的合金棒材在950℃～1000℃下保温90min～180min。
61.在其中一些具体的示例中，步骤s30中，固溶处理为：将热加工处理后的合金棒材在980℃下保温120min，冷却。
62.在其中一些示例中，步骤s30中，冷却的方式为风机冷却或水冷。
63.可以理解，步骤s30可以省略。
64.步骤s40：将步骤s30进行固溶处理后的合金棒材进行冷加工处理。
65.可以理解，当不进行步骤s30时，将热加工处理后的合金棒材冷却后，直接进行冷加工处理。
66.在其中一些示例中，步骤s40中，冷加工处理为：将进行固溶处理后的合金棒材进行拉拔。
67.可以理解，步骤s40可以省略。
68.步骤s50：将合金棒材进行时效处理。
69.在其中一些示例中，步骤s50中，时效处理的温度为430℃～500℃，时效时间为0.5h～4h；可选地，时效处理的温度为440℃～470℃，时效时间为1h～3h。
70.在其中一些具体的示例中，步骤s50中，时效处理的温度为450℃，时效时间为2h。
71.在特定条件下进行时效处理，有利于铬的弥散析出，平衡铜铬合金的强度和导电性能。
72.通过将特定组分在特定工艺即参数下制备成铜铬合金，有利于在保持较好导电性能的基础上，进一步提升铜铬合金的抗拉强度。上述改性铜铬合金的制备方法，工艺简单，生产效率高，可实现批量化生产。
73.本发明一实施方式提供了上述改性铜铬合金在制备铜铬合金制品中的应用。
74.本发明另一实施方式提供了一种铜铬合金制品，其材质包含上述的改性铜铬合金。
75.上述改性铜铬合金用于铜铬合金制品，可赋予铜铬合金制品较高电导率和抗拉强度。
76.在其中一些实施例中，铜铬合金制品包括但不限于引线框架、结晶器、真空阀、导流罩、高压开关弹片及接触导线。
77.在其中一些实施例中，铜铬合金制品的材质可为上述的改性铜铬合金，即采用上述的改性铜铬合金直接制备铜铬合金制品。在另一些实施例中，铜铬合金制品的材质除了包含上述的改性铜铬合金，还可包括其他材料。
78.具体实施例
79.以下按照本发明的改性铜铬合金及其制备方法和应用举例，可理解，本发明的改性铜铬合金及其制备方法和应用并不局限于下述实施例。
80.实施例1
81.s1：准备原料及配料
82.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：1)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：1：1)按质量比a组分:b组分＝1：1混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；铜及杂质。
83.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
84.s2：熔铸
85.将铜以及铜铬中间合金装炉后，升温至1420℃后保温5min，再加入铜稀土中间合金并保温5分钟后，浇铸成直径150mm的圆形铸锭。
86.s3：热加工处理
87.将s2获得的圆形铸锭在950℃下保温60min后，挤压成直径为30mm的合金铸棒。
88.s4：固溶处理
89.将s3热加工处理后的圆形铸锭在980℃下保温120min，再迅速放入水中冷却。
90.s5：冷加工处理
91.将直径30mm的合金铸棒多道次拉拔成直径20mm的合金棒材。
92.s6：时效处理
93.将s5冷加工处理后的合金棒材在450℃下保温120min。
94.实施例2
95.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
96.s1：准备原料及配料
97.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：2)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：2：2)按质量比a组分:b组分＝1：2混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
98.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
99.实施例3
100.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
101.s1：准备原料及配料
102.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为2：1)，b组分(钆、钇与铒的质量比为2：2：1)按质量比a组分:b组分＝1：3混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
103.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
104.实施例4
105.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
106.s1：准备原料及配料
107.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：5)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：0.5：0.2)按质量比a组分:b组分为1：9混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
108.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
109.实施例5
110.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
111.s1：准备原料及配料
112.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：0.2)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：5：5)按质量比a组分:b组分＝1：9混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
113.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
114.实施例6
115.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
116.s1：准备原料及配料
117.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：1)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：1：1)按质量比a组分:b组分＝1：1混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；铜及杂质。
118.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.9％、铜稀土中间合金0.08％，余量铜及杂质。
119.实施例7
120.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
121.s1：准备原料及配料
122.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：1)，b组分(钆、钇与铒的质量比为1：1：1)按质量比a组分:b组分＝1：1混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；铜及杂质。
123.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬1.0％、铜稀土中间合金0.06％，余量铜及杂质。
124.对比例1
125.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
126.s1：准备原料及配料
127.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：1)熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
128.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
129.对比例2
130.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
131.s1：准备原料及配料
132.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将b组分(钆、钇与铒的质量比为1：1：1)熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；以及铜及杂质。
133.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
134.对比例3
135.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
136.s1：准备原料及配料
137.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；以及铜及杂质。
138.配料：将铜、铜铬中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％及余量铜及杂质。
139.对比例4
140.与实施例1基本相同，不同点在于，原料有所区别，具体如下：
141.s1：准备原料及配料
142.准备原料：将铜和铬熔炼得到含铬5％～10％的铜铬中间合金；将a组分(镧与铈的质量比为1：1)，b组分(钇与铒的质量比为1：1)按质量比a组分:b组分＝1：1混合得到混合稀土金属，并熔炼得到稀土金属含量为9％～11％的铜稀土中间合金；铜及杂质。
143.配料：将铜、铜铬中间合金、铜稀土中间合金的质量百分比分别为：铬0.8％、铜稀土中间合金0.1％，余量铜及杂质。
144.各实施例和各对比例各组分之间的质量比或质量百分数如表1所示。
145.表1
[0146][0147]
各实施例和各对比例得到的铜铬合金的主要成分如表2所示。
[0148]
表2
[0149][0150][0151]
各实施例和各对比例得到的改进铜铬合金进行力学性能和导电率测试，其中，力学性能包括室温下以及高温下的抗拉强度；导电率和抗拉强度的测量标准如下：
[0152]
导电率：gb/t 351-2019；
[0153]
室温拉伸强度：297 gb-t228.1-2010；
[0154]
高温抗拉强度：gb/t 4338-2006；
[0155]
测试结果如表3所示。
[0156]
表3
[0157][0158]
由表3可知，与对比例相比，实施例1～7的室温抗拉强度和高温抗拉强度较高，且电导率均维持在80aics以上；即，各实施例制备得到的铜铬合金在室温、高温下的抗拉强度和电导率的综合性能较好；其中，实施例3制备得到的铜铬合金在室温以及高温下的抗拉强度提升较大，且电导率保持在83.42％，综合性能较优。对比例1不添加重稀土金属，其高温力学性能差；对比例2不添加轻稀土金属，其电导率降至80aics以下；对比例3不添加任何稀土金属，其力学性能和导电率均较差；对比例4，没有采用特定的稀土金属搭配，其高温抗拉性能提升受限。
[0159]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0160]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。