高强高导铜锡合金的制造及性能研究.doc

1、 高强高导铜锡合金的制造及性能研究 摘 要：随着现代工业的飞速发展，对高强度、高硬度、耐热、耐磨、导热的铜合金的需求越来越迫切。要求该类材料在满足其使用强度的前提下，尽量提高材料的电导率(80IACS以上)。目前这类合金广泛应用于引线框架材料、高速电力机车架空导线、电接触头和焊接材料、发电机组、锅炉衬料等。 本文介绍了将合金元素直接加入有芯工频感应电炉的方法熔炼高强高导铜合金，既降低了成本又提高了生产效率，满足了工业化大生产的要求。采用立式半连续铸造和快速水冷的方法获得由150mmX5000mm的连铸棒材；采用反向水封挤压工艺得到热挤压棒材；再经过冷拔得到高强高导铜合金成品材。本文介绍了共还原

2、沉淀法制得Cu- Sn 合金负极材料Cu6Sn5 和Cu6Sn4,并分别进行不同时间的时效处理, 对所得样品进行XRD 分析、场发射SEM 图像观察和恒流充放电性能测试。结果表明, 随着时效时间的延长, 样品相组成的均质性和电化学活性都得到了提高, 300 min 时效处理的Cu6Sn5 和Cu6Sn4 试样的第一周比容量分别为267.5mAh/g 和342.0mAh/g, 比20 min 时效处理试样相应值分别增加了12.7%和17.4%。另外, 增加惰性元素Cu的含量, 也会改善合金的电化学性能, 增加其循环稳定性。关键词: Cu- Sn 合金;共还原沉淀法;时效处理;负极材料;锂离子电池

3、 With high strength and high conductivity copper tin alloy manufacturing and performance studyAbstract：With the rapid development of modern industry, the high strength, high hardness, heat resistance, wear resistance, thermal conductivity of the copper alloy demand has become more and more urgent. T

4、his kind of alloy are widely used in the lead frame material, high speed electric locomotive overhead conductors, electric contact head and welding material, generators, boiler lining, etc. Now require this materials on the premise of meet the intensity of use, try to increase the conductivity of th

5、e material (more than 80% IACS). By adding alloying elements directly to have a way of core power frequency induction furnace melting with high strength and high conductivity copper alloys, and reduced the cost and improve the production efficiency, meet the requirements of the industrialized produc

6、tion. Adopt the method of vertical semi-continuous casting and rapid water obtained from150 mm*5000mm casting bar; Reverse water seal extrusion process for hot extrusion rod; After cold drawn material with high strength and high conductivity copper alloy material. Precipitation method, this paper ad

7、opts the total reduction of Cu - Sn alloy anode materials Cu6Sn5 and Cu6Sn4, and carries on the different time of aging treatment, respectively, of the samples obtained by XRD analysis, field emission SEM image observation and constant current charge and discharge performance testing. The results sh

8、ow that with the extension of aging time, the phase composition of the sample homogeneity and electrochemical activity are improved, 300 min aging treatment Cu6Sn5 and Cu6Sn4 sample in the first week of specific capacity were 267.5 mA, mA, h/h/g and 342.0 g, more than 20 min aging treatment of metal

9、 samples corresponding value increased by 12.7% and 12.7% respectively. In addition, increase the amount of inertia elements Cu, also can improve the electrochemical performance of alloy, increase the cycle stability.Keywords: Cu - Sn alloys; A total of reducing precipitation; Aging treatment; The c

10、athode material; Lithium ion batteries目 录 1绪论1 2 铜及合金的分类8 2.1 铜及铜合金的分类8 2.2 青铜9 3 高强高导铜合金11 3.1 高强高导铜合金发展状况11 3.2电气化铁路接触网用接触线的性能15 4 铜合金的强化方法16 4.1 获得高强高导电铜合金的方法16 5 铜锡合金的制备及其性能研究21 5.1 Cu-Sn 合金共还原法制备及电化学性能研究21 5.1.1 Cu-Sn 合金制备215.1.2 还原共沉淀法制备Cu-Sn合金245.1.3 试样的XRD和SEM分析255.1.4 复合电极膜的制备25 5.2 Cu-Sn 合

11、金样品分析265.2.1 Cu-Sn 合金样品XRD分析265.2.2 Cu-Sn 合金试样的SEM 分析28 5.2.3 Cu-Sn 合金试样的充放电性能29 5.2.4 Cu-Sn 合金试样的循环性能分析31 5.2.5 铸造锡青铜的力学性能33 总 结33 参考文献34 致 谢36III1 绪论 铜是人类应用最早的金属，铜的发现和使用是中国古代文明的重要组成部分。早在6600年以前，在中国黄河流域的原始文化中就出现了零星的铜器和冶铸器件，其后出现了中国历史上一个独立的时代青铜器时代。随着科学技术和工业的进步，对铜加工材料提出了更高的要求，铜加工业则不断地提高产品的物理性能、机械性能、化学

12、性能、表面品质和加工精度，不断地出现适应各种特殊要求的高、精、尖新产品。 目前各个行业对铜的消费日益增加，1998年全世界年产铜约1360万吨，各主要生产国的产量分别为：美国245万吨，智利233万吨，日本128万吨，中国111万吨，德国695万吨，俄罗斯64万吨，加拿大56万吨。 世界铜的消费主要集中在发达工业国，根据1997年的统计，美国是世界上最大的铜消费国，一年消费277万吨，约占世界消费总量的15，其次是日本144万吨，德国105万吨，韩国62万吨，法国58万吨，意大利53万吨，英国41万吨。 我国铜资源非常匮乏，但目前又是铜材产量处于世界第一的国家，在国民经济持续和高速发展的推动下

13、，2003年我国铜加工工业，克服了原辅材料价格上涨、电力供应紧张等一系列困难，继续保持着强劲势头。2003年我国铜材产量为32967万吨、进口量为1056万吨、出口量为233吨、消费量为41197万吨，分别比2002年增长3123、15、3546和2645，在世界铜加工行业中占有举足轻重的地位。 我国铜生产地集中在华东地区，该地区铜产量占全国总产量的5184，其中安徽、江西两省产量约占30。铜的主要消费地则在华东和华南地区，二者消费量约占全国消费总量70。 2004年我国国民经济持续保持高速发展，为我国铜加工材提供了广阔的市场空间，创造了我国铜加工迅速发展的外部条件。特别是电子、通讯、钢铁、汽车和交通、建筑、家电等行业的迅速发展，为铜加工工业的市场提供了千载难逢的好机遇。火电、核电、舰船、海水淡化采用大长度冷凝管、电机制造用空芯导线、整流器用异型铜材、输配器用导线、变压器铜带、导电用铜排、连续铸钢用铜结晶器管和板、高炉铜冷却壁用厚板、汽车水箱带、汽车同步器齿环管、线缆、接插元件、高速列车用特长异型合金线、汽车镀锌钢板焊接用铜合金焊丝、高强高导电板铜合金、特种粉末、电子元器件用的高精铜带、引线框架铜带、接插元器用锡磷青铜带、通讯工程用电缆带、电真空用无氧铜、印刷电路用高质量和高性能电解铜箔；建筑工业用水道管和燃汽管、铜管件、环保型无铅黄铜材料；空调和制冷机用空调