具体实施方式

本发明的技术方案提供了一种高性能铜镍锡合金，包括如下质量百分比的组分：Ni 14～16％，Sn 7～9％，V 0.45～0.55％和余量铜。

按质量百分比计，本发明提供的高性能铜镍锡合金中包括14～16％的Ni，优选为14.5～15.5％，更优选为15％。本发明通过添加Ni元素并将其含量控制在上述范围内，可以部分固溶在铜基体中，同时部分Ni可以结合其他合金化元素在铜镍锡合金形成细小均匀分布的析出相颗粒，有效抑制不连续沉淀在晶界上的形核并钉扎晶界阻止不连续沉淀的生长，最终提高合金的综合力学性能。

按质量百分比计，本发明提供的高性能铜镍锡合金中包括7～9％的Sn，优选为7.5～8.5％，更优选为8％。本发明通过添加Sn元素可以有效强化铜基体的力学性能，同时将Sn元素的含量控制在上述范围内可以减少Sn发生偏析的倾向，从而更有利于提高铜基体的强度。

按质量百分比计，本发明提供的高性能铜镍锡合金中包括0.45～0.55％的V，优选为0.48～0.52％，最优选为0.50％。本发明通过添加V元素，能够与铜合金中的部分Ni结合形成Ni₃V析出相，并将V元素的含量控制在上述范围内可以有效调控铜镍锡合金中各析出相的析出行为，即可以在晶界上和晶粒内析出Ni₃V稳定相颗粒，可以同时稳定存在于铜镍锡合金的晶界处和晶粒内，有效抑制不连续沉淀在晶界上的形核，并且钉扎晶界阻止不连续沉淀的生长，最终提高合金的力学性能。

按质量百分比计，本发明提供的高性能铜镍锡合金中包括余量铜。本发明以铜为基体，通过添加Ni、Sn、V作为强化元素提高铜基体的性能，可以使其兼具高强度、高硬度和优良导电性。

本发明提供的高性能铜镍锡合金，通过添加Ni、Sn和V，并共同调控Ni、Sn和V的添加量，可以有效提高铜镍锡合金力学性能的同时，不会影响铜镍锡合金的导电性，从而使铜镍锡合金兼具高强度、高硬度和优良导电性。

本发明还提供了上述技术方案所述的高性能铜镍锡合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；

(2)将所述步骤(1)得到的铸锭依次进行均匀化退火、固溶处理、淬火和时效处理，得到高性能铜镍锡合金；固溶处理的温度为800～900℃，固溶处理的时间为1～3h。

本发明将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭。

在本发明中，所述合金原料优选包括电解铜、电解镍、纯锡和纯钒。在本发明中，所述电解铜、电解镍、纯锡和纯钒的纯度均优选≥99.95％。

在本发明中，所述合金原料的加料顺序优选为依次加入Cu、Ni、Sn和V的原料。本发明通过按照上述加料顺序进行加料，使含量较少的原料晚些加入，可以使低含量的原料在熔体中混合的更加均匀，更有利于减少元素偏析，获得组织均匀的铜镍锡合金，从而更有利于提高铜镍锡合金的强度和硬度并使其具有较高的导电性。

在本发明中，所述熔炼的保温温度优选为1500～1650℃，更优选为1550～1600℃，最优选为1580℃；所述熔炼的保温时间优选为20～30min，更优选为25～30min，最优选为30min。本发明通过控制熔炼温度和时间在上述范围内，可以保证各元素在熔体中均匀分布的同时，减少其烧损，从而可以使各强化元素在设定范围内有效增强铜镍锡合金的强度、硬度和导电性。

在本发明中，所述浇铸的温度优选为1200～1350℃，更优选为1250～1300℃，最优选为1280℃。本发明通过控制浇铸温度在上述范围内，可以使熔体获得适宜的冷却速率，使凝固组织更加均匀且晶粒更细小，同时减少缩松、缩孔的等铸造缺陷。

在本发明中，所述浇铸使用的模具优选为石墨模具。本发明通过选用石墨模具，可以使熔体获得适宜的热量散失速率，即保证熔体获得适宜的冷却速率，同时石墨模具更有利于铜镍锡合金脱模。

得到铸锭后，本发明将所述铸锭依次进行均匀化退火、固溶处理、淬火和时效处理，得到高性能铜镍锡合金。

在本发明中，所述均匀化退火的温度优选为800～900℃，更优选为820～880℃，最优选为840～860℃；所述均匀化退火的时间优选为2～6h，更优选为3～5h，最优选为4h。本发明通过均匀化退火并将其温度和时间控制在上述范围内，可以消除铸锭浇铸完成后的组织应力，从而减少裂纹变形与裂纹倾向；同时减少元素偏析，可以有效提高铸锭组织的均匀性。

在本发明中，所述均匀化退火的冷却方式优选为随炉冷却。

在本发明中，所述固溶处理的温度为800～900℃，优选为820～880℃，更优选为840～860℃；所述固溶处理的时间为1～3h，优选为1.5～2.5h，更优选为1.8～2.2h，最优选为2h。本发明通过固溶处理可以使各强化元素充分固溶在铜基体中，从而形成均匀的过饱和固溶体组织，更有利于后续时效处理析出细小的析出相，从而增强铜镍锡合金的强度和硬度并使其具有较高的导电性。

在本发明中，所述淬火的方式优选为水淬。本发明通过选择水淬的淬火方式，可以获得更大的冷却速率，使经过固溶处理的过饱和固溶体不会提前形成析出相，从而为时效处理做好组织准备。

在本发明中，所述时效处理的温度优选为400～550℃，更优选为420～520℃，最优选为450～500℃；所述时效处理的时间优选为1～15h，更优选为2～10h，最优选为3～6h。本发明通过时效处理并将其温度和时间控制在上述范围内，更有利于过饱和固溶体中的强化元素形成细小且均匀分布的析出相颗粒，从而有效增强铜镍锡合金的强度和硬度并使其具有较高的导电性。

在本发明中，所述时效处理的冷却方式优选为出炉空冷。

本发明提供的高性能铜镍锡合金的制备方法，通过在熔炼浇铸后进行退火、固溶和时效的热处理方式，更有利于析出Ni₃V稳定相颗粒，并稳定存在于晶界和晶粒内，抑制不连续沉淀在晶界上的形核，并且钉扎晶界阻止不连续沉淀的生长，从而有效调控析出相的析出行为，使镍锡合金具有较高导电性的同时，还具有高强度和高硬度。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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

本实施例制备的高性能铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：Ni 15％，Sn8％，V 0.45％和余量铜。

上述高性能铜镍锡合金的制备方法，由如下步骤组成：

(1)依次加入纯度均≥99.95％的电解铜、电解镍、纯锡和纯钒的合金原料并依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；其中，熔炼的保温温度为1600℃，保温时间为20min，浇铸温度为1300℃，浇铸所用模具为石墨模具。

(2)将所述步骤(1)得到的铸锭依次在850℃下均匀化退火4h，随炉冷却后，在850℃下固溶处理120min，随后立即水淬至室温，最后在400℃下时效处理240min，出炉空冷后，得到高性能铜镍锡合金。

实施例2

本实施例制备的高性能铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：Ni 15％，Sn8％，V 0.50％和余量铜。

上述高性能铜镍锡合金的制备方法，由如下步骤组成：

(1)依次加入纯度均≥99.95％的电解铜、电解镍、纯锡和纯钒的合金原料并依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；其中，熔炼的保温温度为1600℃，保温时间为20min，浇铸温度为1300℃，浇铸所用模具为石墨模具。

(2)将所述步骤(1)得到的铸锭依次在850℃下均匀化退火4h，随炉冷却后，在850℃下固溶处理120min，随后立即水淬至室温，最后在400℃下时效处理240min，出炉空冷后，得到高性能铜镍锡合金。

实施例3

本实施例制备的高性能铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：Ni 15％，Sn8％，V 0.55％和余量铜。

上述高性能铜镍锡合金的制备方法，由如下步骤组成：

(1)依次加入纯度均≥99.95％的电解铜、电解镍、纯锡和纯钒的合金原料并依次进行熔炼和浇铸，得到铸锭；其中，熔炼的保温温度为1600℃，保温时间为20min，浇铸温度为1300℃，浇铸所用模具为石墨模具。

(2)将所述步骤(1)得到的铸锭依次在850℃下均匀化退火4h，随炉冷却后，在850℃下固溶处理120min，随后立即水淬至室温，最后在400℃下时效处理240min，出炉空冷后，得到高性能铜镍锡合金。

实施例4

将实施例2中的固溶处理温度替换为820℃，固溶处理时间替换为3h，其余技术特征与实施例2均相同。

实施例5

将实施例2中的固溶处理温度替换为880℃，固溶处理时间替换为1h，其余技术特征与实施例2均相同。

实施例6

将实施例2中的时效处理温度替换为425℃，时效处理时间替换为2h，其余技术特征与实施例2均相同。

实施例7

将实施例2中的时效处理温度替换为450℃，时效处理时间替换为2h，其余技术特征与实施例2均相同。

对比例1

本对比例制备的铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：Ni 15％，Sn 8％和余量铜，按照实施例1的制备方案制备得到铜镍锡合金，其中制备方法中的原料为纯度均≥99.95％的电解铜、电解镍和纯锡。

性能检测

对实施例1～7和对比例1制备得到的铜镍锡合金进行硬度和抗拉强度的检测，其中维氏硬度测试采用MH-50型维氏硬度计进行测试，加载力为300g，加载时间为15s，每个试样表面测量5次，最后取平均值；拉伸试验在MTS拉伸试验机上进行，拉伸速率为0.5mm/min，同一个状态的试样拉伸三次，最后取平均值，检测结果如表1所示。

对实施例1～7和对比例1制备得到的铜镍锡合金进行电导率的检测，使用德国Fischer公司生产的手持试涡流非铁金属的电导率测试仪(Sigmascope SMP 350)在室温下进行电导率测试，每次测试之前使用标样对仪器进行校正，每个试样测试5次然后取平均值，使用此设备测试出的合金电导率采用国际退火铜标准％IACS(InternationalAnnealed Copper Standard)来表示，检测结果如表1所示。

表1实施例1～7和对比例1制备得到的铜镍锡合金进行硬度、抗拉强度和电导率的检测结果

根据表1可以看出，本发明制备的铜镍锡合金能够在有效提高其抗拉强度的同时，还使其具有较高的硬度，而且不会导致其导电性显著降低，其电导率仍可达到8.1％IACS以上，即可以使铜镍锡合金在满足导电性使用要求的同时，有效提高其力学性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。