一种高强度高导电性能Cu-Ag合金的制备方法技术领域
本发明属于铜合金材料制备技术领域。特别涉及一种高强度高导电性能Cu-Ag合
金的制备方法，
背景技术
随着科学技术和工业的发展，高强磁场系统、引线框架、高速铁路、航空航天等很
多领域对导体材料的要求愈来愈高，不仅要求导电材料具有优良的导电性，同时还必须具
备很高的强度。高强高导Cu-Ag合金是一种双相原位复合金属材料，经剧烈塑性变形，其中
的共晶相或者析出相演变成纳米尺寸的纤维增强相，使合金获取很高的强度，同时保持优
良的导电性，是应用前景最为广泛的高性能铜合金材料之一。Cu-Ag合金中Ag的含量一般为
6wt％～30wt％，不同Ag含量的Cu-Ag合金，其铸态显微组织形态存在明显差异。当合金中Ag
含量小于6wt％时，合金组织基本上只由单一的富Cu相基体组成，基本不含第二相。当Ag含
量为6wt％-15wt％时，铸态显微组织包含富Cu相基体和富Cu相和富Ag相片层组成的共晶
体，(Cu/Ag)共晶体呈岛屿状离散地分布于Cu基体枝晶间隙。含Ag量继续升高，Cu枝晶间隙
逐渐形成呈连续网状分布的共晶体组织。Cu-24wt％Ag的铸态组织主要包括富Cu相枝晶和
枝晶间隙连续网状分布的共晶体，这种连续网状的共晶组织是Cu-Ag合金获得很高强度的
主要因素。当含Ag量超过30wt％时，Cu基体晶粒会被愈来愈多的共晶组织分隔，从而呈现为
更显著的树枝状。
近十余年来，大塑性变形技术比如等径角挤压(Equal-channel Angular
Pressing)、累积叠轧(Accumulative Roll Bonding)、动态塑性形变(Dynamic Plastic
Deformation)、多向锻压(Multiple Compression)、高压扭转(High-pressure Torsion)、
剧烈冷轧(Severe Cold Rolling)等已经被大量研究以使多晶材料与合金中获得晶粒的细
化。但是，由于目前制备方法的限制，现有的高性能Cu-Ag合金材料主要是细丝、薄带等小尺
寸样件，大大限制了这种材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供了一种高强度高导电性能Cu-Ag合金的制备方法，
其特征在于，所述高强度高导电性能Cu-Ag合金为Cu-Ag二元合金，其主要成分为：
Cu元素为70-98wt％，Ag元素为2-30wt％；采用固液双相凝固结合半固态铸造技术，结合多
向高温、低温锻造+组合时效工艺，获得的合金屈服强度达600-1100MPa，电导率达75-100％
IACS(International Annealed Copper Standard国际退火铜标准)；其具体工艺步骤包
括：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，按照主要成
分：纯铜锭为65-97wt％，纯铜粉末为1-5wt％，纯银锭为2-30wt％，其中所述的纯铜粉末的
颗粒直径为0.05-100μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物；首先，将纯铜锭和纯银锭混
合后加热至1050-1200℃，使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且
将纯铜粉末加入合金熔体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌1-5min，同时将合
金熔体温度降低至900-1100℃并且保温10min，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态
混合组织，随后进行浇注成形，上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具
中制备成铸锭，以50-100℃/min的速度冷却至室温；
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至700-720℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向
及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量20-40％，随后将锻坯空
冷至室温；
(3)低温锻造+组合时效包括步骤：
3.1将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向
分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量10-30％，随后将锻坯空冷至室温；
3.2将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻
造成形，每个方向上的锻造压下量10-30％，随后将锻坯空冷至室温；
3.3将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻
造成形，每个方向上的锻造压下量10-30％，随后将锻坯空冷至室温。
本发明的有益效果是：通过固液双相凝固结合半固态铸造技术，细化铸态显
微组织，改善合金时效析出相的分布，获得一种高强度高导电性能Cu-Ag合
金Φ10-Φ100mm的大规格制品。具有如下优点：
(1)在Cu-Ag合金熔体中加入纯铜粉末，并且搅拌形成半固态组织，通过这种固液
凝固方式及半固态铸造方法，显著细化合金铸态显微组织，并且使Ag更多地固溶与Cu基体
中，为后续变形过程中的显微组织细化工艺奠定了基础；
(2)通过多向的高温、低温锻造+组合时效工艺，使Cu-Ag合金的微观组织不断细
化，形成微米级甚至纳米级的基体组织和共晶相，并且在时效过程中形成细小的纳米级富
银析出相，使合金具有极高的强度。
(3)本发明所涉及的一种高强度高导电性能Cu-Ag合金的屈服强度可达600-
1100MPa，电导率可达75-100％IACS。
本发明能够制备出具有极高强度和导电性能的大规格Cu-Ag合金材料，大大扩展
了其应用领域，提高了该材料的制备水平，具有显著的技术优势。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度高导电性能Cu-Ag合金的制备方法，具体通过固液双相
凝固结合半固态铸造技术，以65-97wt％Cu，2-30wt％Ag为原料，加入纯铜粉末，采用固液双
相凝固结合半固态铸造技术，结合多向高温、低温锻造+组合时效工艺，获得的合金屈服强
度达600-1100MPa，电导率达75-100％IACS(International Annealed Copper Standard国
际退火铜标准)的一种高强度高导电性能Cu-Ag合金，其直径为Φ10-Φ100mm的大规格制
品。下面列举具体实施例予以进一步说明。
实施例1：Cu-12Ag合金
制备Cu-12Ag合金，包括如下步骤：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，其成分组成
包括纯铜锭为86wt％、纯铜粉末为2wt％和纯银锭为12wt％；其中所述的纯铜粉末的颗粒直
径为0.5μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯银锭混合后加热至
1100℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且将纯铜粉末加入合
金熔体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌3min，同时将合金熔体温度降低至880
℃并且保温，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织，随后进行浇注成形。上述
半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以80℃/min的速度冷
却至室温；
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至710℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向及轴
向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室
温。
(3)低温锻造+组合时效：首先，将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵
向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻
坯空冷至室温。
其次，将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
再次，将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
合金的性能见表1。
实施例2：Cu-2Ag合金
制备Cu-2Ag合金，包括如下步骤：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，按照主要成
分：纯铜锭为97wt％，纯铜粉末为1wt％，纯银锭为2wt％，其中所述的纯铜粉末的颗粒直径
为100μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯银锭混合后加热至
1200℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且将纯铜粉末加入合
金熔体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌5min，同时将合金熔体温度降低至
1100℃并且保温，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织，随后进行浇注成形。
上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以100℃/min的
速度冷却至室温。
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至720℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向及轴
向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量40％，随后将锻坯空冷至室
温。
(3)低温锻造+组合时效：首先，将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵
向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻
坯空冷至室温。
其次，将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
再次，将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
合金的性能见表1。
实施例3：Cu-6Ag合金
制备Cu-6Ag合金，包括如下步骤：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，按照主要成
分：纯铜锭为92wt％，纯铜粉末为2wt％，纯银锭为6wt％，其中所述的纯铜粉末的颗粒直径
为0.05μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯银锭混合后加热至
1120℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且将纯铜粉末加入合
金熔体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌5min，同时将合金熔体温度降低至
1060℃并且保温，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织，随后进行浇注成形。
上述半固态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以50℃/min的速
度冷却至室温。
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至720℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向及轴
向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量40％，随后将锻坯空冷至室
温。
(3)低温锻造+组合时效：首先，将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵
向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量10％，随后将锻
坯空冷至室温。
其次，将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量10％，随后将锻坯空冷至室温。
再次，将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量10％，随后将锻坯空冷至室温。
实施例4：Cu-24Ag合金
制备Cu-24Ag合金，包括如下步骤：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，按照主要成
分：纯铜锭为73wt％，纯铜粉末为3wt％，纯银锭为24wt％，其中所述的纯铜粉末的颗粒直径
为6μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯银锭混合后加热至1080
℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且将纯铜粉末加入合金熔
体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌3min，同时将合金熔体温度降低至900℃并
且保温，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织，随后进行浇注成形。上述半固
态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以50-100℃/min的速度冷
却至室温。
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至720℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向及轴
向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量40％，随后将锻坯空冷至室
温。
(3)低温锻造+组合时效：首先，将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵
向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻
坯空冷至室温。
其次，将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
再次，将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量20％，随后将锻坯空冷至室温。
实施例5：Cu-30Ag合金
制备Cu-30Ag合金，包括如下步骤：
(1)固液双相凝固及半固态铸造：以纯铜锭、纯银锭、纯铜粉末为原料，按照主要成
分：纯铜锭为65wt％，纯铜粉末为5wt％，纯银锭为30wt％，其中所述的纯铜粉末的颗粒直径
为50μm，并且经过还原处理去除其表面氧化物。首先，将纯铜锭和纯银锭混合后加热至1050
℃使其熔化成合金熔体，保温10min后，采用氩气保护熔体液面并且将纯铜粉末加入合金熔
体。随后采用机械搅拌方式对合金熔体充分搅拌5min，同时将合金熔体温度降低至900℃并
且保温，使合金熔体迅速部分凝固并且形成半固态混合组织，随后进行浇注成形。上述半固
态混合组织的熔体浇注到采用循环水冷却的模具中制备成铸锭，以100℃/min的速度冷却
至室温。
(2)多向高温锻造：将合金铸锭加热至710℃，保温1h，将铸锭沿着纵向、横向及轴
向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量40％，随后将锻坯空冷至室
温。
(3)低温锻造+组合时效：首先，将高温锻造的锻坯加热至500℃，保温1h，沿着纵
向、横向及轴向三个正交方向分别进行锻造成形，每个方向上的锻造压下量10％，随后将锻
坯空冷至室温。
其次，将锻坯加热至400℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
再次，将锻坯加热至300℃，保温1h，沿着纵向、横向及轴向三个正交方向分别进行
锻造成形，每个方向上的锻造压下量30％，随后将锻坯空冷至室温。
表1 Cu-Ag合金实施例1-5对应的力学性能及导电性能