CN113106286B - 一种5g通信用高导电铍铜合金棒及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G通信用高导电铍铜合金棒，具体涉及铍铜合金技术领域，包括如下元素：铍、镍、钼、钛、石墨烯、银、铌、稀土元素，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明生产的5G通信用高导电铍铜合金棒镍的加入能够细化合金材料内部的晶粒，提高内部组织的均匀性，而且镍能够与稀土元素总的铈形成纳米尺寸的镍‑铈金属间化合物，镍‑铈金属间化合物具有良好的导电性能和力学性能，而且稀土元素能够改变合金材料中夹杂物的形状，能够将夹杂物球化使夹杂物由固溶态转换为稀土化合物析出，能够有效提高铍铜合金的导电效率和成品率，能够在保证铍铜合金棒强度的情况下提高铍铜合金棒的强度，使得铍铜合金棒能够满足5G通信的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及铍铜合金技术领域，更具体地说，本发明涉及一种5G通信用高导电铍铜合金棒及其制备工艺。
背景技术
铍铜合金是以铍为主要合金元素的铜合金，又称之为铍青铜。它是铜合金中性能最好的高级弹性材料，具有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度，弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能。铍铜合金经过淬火调质后，具有高的强度，弹性，耐磨性，耐疲劳性和耐热性，同时铍铜合金还具有很高的导电性，导热性，耐寒性和无磁性，碰击时无火花，易于焊接和钎焊，在大气，淡水和海水中耐腐蚀性极好。腐蚀后，强度、延伸率均无变化，故在海水中可保持40年以上，是海底电缆中继器构造体不可替代的材料。而且广泛应用于航空航天、电子电气、石油化工、日用五金等领域。
我国对含铍铜合金材料的年需求量约为4000t且逐年上升，但受技术水平等限制，80％以上仍依赖进口。铍的价格昂贵且为剧毒物质，低铍铜合金的铍含量为0.2％-0.7％，具有良好的导电性能及一定的强度而被广泛应用，且铍含量较TBe2等高强度含铍铜合金低，具有成本优势并有利于环保。随着TBe0.3-1.5、TBe0.4-1.8等低铍铜合金新增到国标中，低铍铜合金受到越来越多的关注。目前，国产低铍铜合金的时效后抗拉强度约为650-750MPa，电导率为45-60％IACS，由于合金中杂质元素等含量较高，电导率一般偏下限。国际知名厂商如NGK所产低铍铜合金材料的抗拉强度为700-950MPa，电导率为50-60％IACS；高强度铍铜合金中的铍含量为1.6％-2.1％，时效后抗拉强度最高可超过1400MPa，但电导率仅为22％IACS。
随着我国5G通信技术的不断发展，低铍铜合金的使用量也越来越多，而现有的低铍铜合金强度不足，使用寿命降低，为了满足低铍铜合金的强度要求从而提高铍含量，使得5G通信用铍铜合金棒导电性能下降。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种5G通信用高导电铍铜合金棒及其制备工艺，本发明所要解决的问题是：如何在保证铍铜合金棒强度的同时，提高铍铜合金的导电性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种5G通信用高导电铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.2-0.8％、镍：1-2％、钼:0.5-1.5％、钛:0.05-0.15％、石墨烯：0.2-0.6％、银：0.05-0.15％、铌：0.03-0.09％、稀土元素0.2-1.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素铍：0.4-0.6％、镍：1.3-1.7％、钼:0.8-1.2％、钛:0.08-0.12％、石墨烯：0.3-0.5％、银：0.08-0.12％、铌：0.05-0.07％、稀土元素0.5-0.9％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.4％、镍：1.5％、钼:1％、钛:0.1％、石墨烯：0.4％、银：0.1％、铌：0.06％、稀土元素0.7％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈中的一种，优选的稀土元素为铈。
本发明还提供一种5G通信用高导电铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将真空熔炼炉抽真度达到3×10-3pa时将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1100-1200℃条件下熔炼30-50分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注，精炼完成后进行铸造得到铸件，将得到的铸棒进行切割，去表面氧化皮，然后经过1250-1350℃真空感应熔化20-30分钟，将熔化后的金属液浇注到熔模中，浇注完成后冷却脱模得到铸棒；
步骤三：热轧，步骤二中得到的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为800-850℃，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为700-780℃；
步骤四：冷加工，采用60-80％的加工率进行初次冷加工变形处理，然后进行深冷处理，深冷处理时每小时降温30-50℃，直至降温到-200℃，保温6-10h，然后每小时升温30-50℃，直到升温到室温；
步骤五：固溶处理，将冷加工后的铸件加热至760-800℃条件下进行保温3-4h，保温完成后进行淬火处理；
步骤六：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到5G通信用高导电铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的铍、镍、钼、钛、银和铌分别以Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-Ag中间合金和Cu-Nb中间合金的形式加入,所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、银、钼、钛、铍、石墨烯和稀土元素，所述步骤一中精炼时的温度为1250-1350℃，精炼时间为12-18分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为3-8，精轧时有效轧制道次数为2-6。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中浇注时的温度为1050-1150℃，浇注的棒材直径为30-60mm。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中淬火处理时温度为550-650℃，淬火处理时间为12-18分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤六中均质化处理时温度为500-600℃，均质化处理的时间为2-4h，所述时效处理的温度为300-350℃，处理时间为6-10h，时效处理后进行空冷至室温。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的原料配方所制备出的5G通信用高导电铍铜合金棒，铍铜合金中控制铍元素含量为0.2-0.8％，并在铍铜合金材料中加入镍、钼、钛、石墨烯、银、铌和稀土元素，镍的加入能够细化合金材料内部的晶粒，提高内部组织的均匀性，使得铍铜合金材料具有良好的力学性能，而且镍能够与稀土元素总的铈形成纳米尺寸的镍-铈金属间化合物，镍-铈金属间化合物具有良好的导电性能和力学性能，而且稀土元素能够改变合金材料中夹杂物的形状，能够将夹杂物球化使夹杂物由固溶态转换为稀土化合物析出，能够有效提高铍铜合金的导电效率和成品率，石墨烯能够使铍铜合金材料中的位错密度增加，从而提高铍铜合金材料的折弯强度和硬度，铌能够以非常弥散的粒子形态分布在铍铜合金中形成有序的复合结构，极大地提高了铍铜合金的强度和硬度，而且对铍铜合金棒的导电率影响较小，本发明能够在保证铍铜合金棒强度的情况下提高铍铜合金棒的强度，使得铍铜合金棒能够满足5G通信的使用需求；
2、本发明通过熔炼的方法将Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ag中间合金、Cu-Ti中间合金和Cu-Nb中间合金加入到铍铜合金材料中，对铍铜合金进行改性，并将得到的铸件进行热轧、冷加工、固溶处理、淬火处理、均质化处理和时效处理，能够有效提高铍铜合金棒的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种5G通信用高导电铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.2％、镍：1％、钼:0.5％、钛:0.05％、石墨烯：0.2％、银：0.05％、铌：0.03％、稀土元素0.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈中的一种，优选的稀土元素为铈。
本发明还提供一种5G通信用高导电铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将真空熔炼炉抽真度达到3×10-3pa时将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1150℃条件下熔炼40分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注，精炼完成后进行铸造得到铸件，将得到的铸棒进行切割，去表面氧化皮，然后经过1300℃真空感应熔化25分钟，将熔化后的金属液浇注到熔模中，浇注完成后冷却脱模得到铸棒；
步骤三：热轧，步骤二中得到的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为820℃，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：冷加工，采用70％的加工率进行初次冷加工变形处理，然后进行深冷处理，深冷处理时每小时降温40℃，直至降温到-200℃，保温8h，然后每小时升温40℃，直到升温到室温；
步骤五：固溶处理，将冷加工后的铸件加热至780℃条件下进行保温3.5h，保温完成后进行淬火处理；
步骤六：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到5G通信用高导电铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的铍、镍、钼、钛、银和铌分别以Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-Ag中间合金和Cu-Nb中间合金的形式加入,所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、银、钼、钛、铍、石墨烯和稀土元素，所述步骤一中精炼时的温度为1300℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中浇注时的温度为1100℃，浇注的棒材直径为45mm。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中淬火处理时温度为600℃，淬火处理时间为16分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤六中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3h，所述时效处理的温度为330℃，处理时间为8h，时效处理后进行空冷至室温。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述5G通信用高导电铍铜合金棒包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.4％、镍：1.5％、钼:1％、钛:0.1％、石墨烯：0.4％、银：0.1％、铌：0.06％、稀土元素0.7％，余量为Cu和不可避免的杂质。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，所述5G通信用高导电铍铜合金棒包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.8％、镍：2％、钼:1.5％、钛:0.15％、石墨烯：0.6％、银：0.15％、铌：0.09％、稀土元素1.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。
实施例4：
一种5G通信用高导电铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.2％、镍：1％、钼:0.5％、钛:0.05％、银：0.05％、铌：0.03％、稀土元素0.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈中的一种，优选的稀土元素为铈。
本发明还提供一种5G通信用高导电铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将真空熔炼炉抽真度达到3×10-3pa时将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1150℃条件下熔炼40分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注，精炼完成后进行铸造得到铸件，将得到的铸棒进行切割，去表面氧化皮，然后经过1300℃真空感应熔化25分钟，将熔化后的金属液浇注到熔模中，浇注完成后冷却脱模得到铸棒；
步骤三：热轧，步骤二中得到的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为820℃，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：冷加工，采用70％的加工率进行初次冷加工变形处理，然后进行深冷处理，深冷处理时每小时降温40℃，直至降温到-200℃，保温8h，然后每小时升温40℃，直到升温到室温；
步骤五：固溶处理，将冷加工后的铸件加热至780℃条件下进行保温3.5h，保温完成后进行淬火处理；
步骤六：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到5G通信用高导电铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的铍、镍、钼、钛、银和铌分别以Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-Ag中间合金和Cu-Nb中间合金的形式加入,所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、银、钼、钛、铍和稀土元素，所述步骤一中精炼时的温度为1300℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中浇注时的温度为1100℃，浇注的棒材直径为45mm。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中淬火处理时温度为600℃，淬火处理时间为16分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤六中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3h，所述时效处理的温度为330℃，处理时间为8h，时效处理后进行空冷至室温。
实施例5：
一种5G通信用高导电铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.2％、镍：1％、钼:0.5％、钛:0.05％、石墨烯：0.2％、银：0.05％、铌：0.03％，余量为Cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％。
本发明还提供一种5G通信用高导电铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将真空熔炼炉抽真度达到3×10-3pa时将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1150℃条件下熔炼40分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注，精炼完成后进行铸造得到铸件，将得到的铸棒进行切割，去表面氧化皮，然后经过1300℃真空感应熔化25分钟，将熔化后的金属液浇注到熔模中，浇注完成后冷却脱模得到铸棒；
步骤三：热轧，步骤二中得到的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为820℃，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：冷加工，采用70％的加工率进行初次冷加工变形处理，然后进行深冷处理，深冷处理时每小时降温40℃，直至降温到-200℃，保温8h，然后每小时升温40℃，直到升温到室温；
步骤五：固溶处理，将冷加工后的铸件加热至780℃条件下进行保温3.5h，保温完成后进行淬火处理；
步骤六：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到5G通信用高导电铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的铍、镍、钼、钛、银和铌分别以Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-Ag中间合金和Cu-Nb中间合金的形式加入,所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、银、钼、钛、铍和石墨烯，所述步骤一中精炼时的温度为1300℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中浇注时的温度为1100℃，浇注的棒材直径为45mm。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中淬火处理时温度为600℃，淬火处理时间为16分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤六中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3h，所述时效处理的温度为330℃，处理时间为8h，时效处理后进行空冷至室温。
分别选取上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5生产的铍铜合金棒分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，利用传统的铍铜合金棒作为对照组，分别测试选取的铍铜合金棒的力学性能和电导率。测量结果如表一：
表一
由表一可知，本发明生产的铍铜合金棒传统的铍铜合金棒相比，屈服强度、抗拉强度和维氏硬度均明显增加，而铍铜合金棒的电导率较高，实施例4和实施例5中分别石墨烯和稀土元素，而实施例4和实施例5生产的铍铜合金棒力学性能明显不足实施例1生产的铍铜合金棒，由此证明，本发明生产的铍铜合金棒镍的加入能够细化合金材料内部的晶粒，提高内部组织的均匀性，使得铍铜合金材料具有良好的力学性能，而且镍能够与稀土元素总的铈形成纳米尺寸的镍-铈金属间化合物，镍-铈金属间化合物具有良好的导电性能和力学性能，而且稀土元素能够改变合金材料中夹杂物的形状，能够将夹杂物球化使夹杂物由固溶态转换为稀土化合物析出，能够有效提高铍铜合金的导电效率和成品率，石墨烯能够使铍铜合金材料中的位错密度增加，从而提高铍铜合金材料的折弯强度和硬度，铌能够以非常弥散的粒子形态分布在铍铜合金中形成有序的复合结构，极大地提高了铍铜合金的强度和硬度，而且对铍铜合金棒的导电率影响较小，本发明能够在保证铍铜合金棒强度的情况下提高铍铜合金棒的强度，使得铍铜合金棒能够满足5G通信的使用需求。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.2-0.8%、镍：1-2%、钼:0.5-1.5%、钛:0.05-0.15%、石墨烯：0.2-0.6%、银：0.05-0.15%、铌：0.03-0.09%、稀土元素0.2-1.2%，余量为Cu和不可避免的杂质；
所述5G通信用高导电铍铜合金棒的制备工艺具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将真空熔炼炉抽真度达到3×10-3pa时将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1100-1200℃条件下熔炼30-50分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注，精炼完成后进行铸造得到铸件，将得到的铸棒进行切割，去表面氧化皮，然后经过1250-1350℃真空感应熔化20-30分钟，将熔化后的金属液浇注到熔模中，浇注完成后冷却脱模得到铸棒；
步骤三：热轧，步骤二中得到的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为800-850℃，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为700-780℃；
步骤四：冷加工，采用60-80%的加工率进行初次冷加工变形处理，然后进行深冷处理，深冷处理时每小时降温30-50℃，直至降温到-200℃，保温6-10h，然后每小时升温30-50℃，直到升温到室温；
步骤五：固溶处理，将冷加工后的铸件加热至760-800℃条件下进行保温3-4h，保温完成后进行淬火处理；
步骤六：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到5G通信用高导电铍铜合金棒；
所述步骤五中淬火处理时温度为550-650℃，淬火处理时间为12-18分钟；所述步骤六中均质化处理时温度为500-600℃，均质化处理的时间为2-4h，所述时效处理的温度为300-350℃，处理时间为6-10h，时效处理后进行空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：所述步骤一称取的铍、镍、钼、钛、银和铌分别以Cu-Be中间合金、Cu-Ni中间合金、Cu-Mo中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-Ag中间合金和Cu-Nb中间合金的形式加入,所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、银、钼、钛、铍、石墨烯和稀土元素，所述步骤一中精炼时的温度为1250-1350℃，精炼时间为12-18分钟。
3.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素铍：0.4-0.6%、镍：1.3-1.7%、钼:0.8-1.2%、钛:0.08-0.12%、石墨烯：0.3-0.5%、银：0.08-0.12%、铌：0.05-0.07%、稀土元素0.5-0.9%，余量为Cu和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素：铍：0.4%、镍：1.5%、钼:1%、钛:0.1%、石墨烯：0.4%、银：0.1%、铌：0.06%、稀土元素0.7%，余量为Cu和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：所述不可避免的杂质含量低于0.005%，所述稀土元素为镧、钐和铈中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为3-8，精轧时有效轧制道次数为2-6。
7.根据权利要求1所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：所述步骤二中浇注时的温度为1050-1150℃，浇注的棒材直径为30-60mm。
8.根据权利要求6所述的一种5G通信用高导电铍铜合金棒，其特征在于：所述稀土元素为铈。
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