本技术涉及一种适用于高电流电连接器的Cu-Cr-Zr合金及其制造工艺。该合金由以下成分构成:铬含量为0.80至1.20wt%,锆含量为0.10至0.30wt%。
背景技术
铜及铜合金因其良好的导电性、导热性和力学性能而广泛应用于电子电力、轨道交通、国防军工等多个领域,这些应用既与我们日常生活息息相关,又是国民经济健康发展的基础。纯铜具有优良的导电性、导热性,但纯铜较低的强度(工业纯铜的抗拉强度仅为230MPa左右)极大地限制了纯铜的使用范围。对铜合金而言,高强度和高导电性是一对相互矛盾的性质,如何在有效提高铜合金材料强度的同时,又能够保持其高导电率的特性,当前已成为高强高导铜合金的研究热点。目前,人们通常通过合金化及改变其加工工艺等方法来提高铜合金的强度,同时保证铜合金较高的导电率。
当前铜合金的强化方法包括固溶强化以及析出强化等方法。对于固溶强化型铜合金而言,合金元素固溶在铜基体中,导致铜基体的晶格畸变,在有限提高合金强度的同时也会提高电子被散射的概率,从而降低其导电率。例如,中国专利《一种高性能铜合金的制备方法》(授权公告号:CN109266877B)中制备的Cu-Sn-Ti-P-Zn-Mg合金其硬度为225HV,抗拉强度达到720MPa,但导电率仅为12.6%IACS。对于析出强化型铜合金而言,将处于过饱和固溶态的铜合金进行冷变形加工,提高位错、空位等微观缺陷密度,然后结合时效热处理工艺,使固溶在铜基体中的溶质原子在热处理过程中从微观缺陷处形核析出,形成细小弥散的析出相颗粒,起到析出强化作用,且溶质原子的析出能够减少铜基体的晶格畸变,降低电子被散射的概率,提高合金的导电率。例如,刘海斌等《轧制与时效处理对Cu-Cr-Zr合金组织和性能的影响》,中国有色金属学报, 2020, 30(9):9,制备的Cu-Cr-Zr合金强度为411.7MPa,导电率为63.7%IACS,其强度和导电率尚无法完全满足大电流电连接器的性能需求。
随着5G时代的到来,新能源汽车连接器、航天连接器、新一代智能终端高速传输标准化端口等各种电连接器正在向小型化、薄型化、高密度、长寿命等方向发展,这对各种电连接器(特别是大电流电源连接器)提出了更高的要求,比如:更大的工作电流密度、更好的耐高温性能、更高的可靠性及良好的耐插拔性等。一方面,由于小型化导致所用材料变得更薄,为确保连接的可靠性及防止插拔过程中产生塑性变形,要求所用材料必须具有更高的强度和硬度。另一方面,为适应大电流工作场景并防止电流传输过程中发热量过高导致电连接器失效,所用材料需要更高的导电率和更高的抗软化性能。本发明在Cu-Cr-Zr三元合金的基础上进行成分改进和工艺创新,通过模压形变、冷轧与组合热处理相结合的方式,使铜合金同时具有较高的硬度、较高的强度、良好的抗高温软化性能及较高的导电率等综合性能,以满足大电流电连接器的性能需求。
实现思路