本發明涉及有色金屬材料，具體涉及一種含鈷和磷的耐高溫高導電銅基合金及其制備方法。
背景技術：
1、無氧銅因其極高的導電性和導熱性是電子信息、高端通信和航空航天等領域的關鍵基礎材料。然而，隨著應用場景的極端化，如電動汽車功率模塊（工作溫度可達150-200?°c，溫度峰值時會達到更高的溫度）和火箭發動機繞組，傳統無氧銅的短板日益凸顯，例如，其在高溫下強度和硬度會顯著降低，更關鍵的是，在長期熱暴露下，其微觀組織會發生再結晶和晶粒粗化。
2、晶粒粗化會帶來兩個嚴重后果：一、力學性能進一步惡化，導致材料在熱性能和機械應力下易發生蠕變或疲勞失效；二、粗大的晶界會成為電子散射中心，并可能成為裂紋萌生的起點，導致導電性和力學性能的穩定性下降。
3、現有技術中，通過固溶強化（如添加ag）或析出強化（如添加cr、zr）來提升銅合金的高溫性能，但這些方法會嚴重犧牲導電性。另一種思路是進行劇烈的塑性變形以細化晶粒，但其效果在高溫下難以維持，組織一旦發生再結晶，性能便會迅速衰減。因此，如何在基本不損害無氧銅優異導電性的前提下，大幅提升其高溫組織穩定性，成為本領域一個亟待解決的技術難題。
技術實現思路
1、本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種含鈷和磷的耐高溫高導電銅基合金及其制備方法。該材料通過在超高純度銅基體中精確添加微量的鈷（co）和磷（p）元素，并經過一套精心設計的大變形量冷加工與分級退火工藝，在基體內同時實現再結晶織構和彌散分布的納米級co2p析出相，從宏觀和微觀兩個尺度協同抑制高溫下的晶粒粗化，從而在基本不損失導電性的前提下，獲得優異的高溫穩定性。
2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
3、第一方面，本發明提供一種含鈷和磷的耐高溫高導電銅基合金，以質量百分比計，由以下成分組成：
4、co：0.01-0.15%，p：0.002-0.02%，cu：≥99.99%，o：≤5ppm，余量為不可避免的雜質；
5、并且，所述銅基合金的微觀組織中包含≥80%的再結晶纖維織構和彌散分布的納米級co2p析出相。
6、優選地，所述co與p的質量比控制在（5~10）:1的范圍內，以確保co和p能充分形成co2p析出相。
7、優選地，所述納米級co2p析出相的尺寸為2~20?nm，平均間距為50~200?nm。
8、優選地，所述銅基合金在500?°c下保溫100小時后，其平均晶粒尺寸長大率不超過20%。
9、優選地，所述銅基合金的室溫導電率≥98%iacs。
10、第二方面，本發明提供一種含鈷和磷的耐高溫高導電銅基合金的制備方法，包括以下步驟：
11、步驟一、微合金化與熔鑄：此步驟的目的是獲得成分精確、高度純凈、組織均勻的鑄錠。
12、原料準備：選用純度≥99.995%的高純陰極銅作為基體材料。合金元素co和p以高純的cu-co中間合金（推薦co含量為10%~20%）和cu-p中間合金（推薦p含量為5%~10%）的形式加入。使用前，所有原料需進行表面清潔（酸洗和超聲波清洗）并干燥，以去除氧化皮和油污。
13、裝料與抽真空：將計算好的高純銅、cu-co中間合金裝入真空感應熔煉爐的水冷銅坩堝中。為減少p元素在高溫下的揮發損失，cu-p中間合金應在后續步驟中加入。
14、初次熔煉：將爐腔抽真空至≤5pa，然后充入純度≥99.999%的氬氣至爐壓為0.03~0.05mpa；啟動感應電源，緩慢升溫至1250~1300?°c，保溫30?min使爐料全部熔化，使co元素初步均勻化。
15、二次加料與精煉：將爐溫降低至約1150?°c，通過加料器投入cu-p中間合金，待其熔化后，升溫至1350~1400?°c進行精煉，保溫15~25min，確保co、p元素在銅液中彌散均勻。
16、澆鑄：將精煉后的熔體溫度穩定在1180~1220?°c，澆注到預熱至300~400?°c的石墨金屬型模具內，以獲得致密的鑄錠組織。
17、步驟二、均勻化處理
18、此步驟旨在消除鑄錠內部的枝晶偏析和殘余應力，為后續熱加工做準備。
19、將鑄錠放入氣氛保護（如高純氮氣或氬氣）的退火爐中。
20、以≤5?°c/min的速率升溫至目標溫度500~600?°c。
21、保溫1~6?h，保溫時間根據鑄錠尺寸確定，原則上按截面直徑（或厚度）每25mm保溫1小時計算。
22、保溫結束后，隨爐冷卻或以≤3?°c/min的緩冷速度冷卻至300?°c以下，然后出爐空冷。
23、步驟三、熱變形加工
24、此步驟旨在破碎鑄態組織，實現熱機械成形。
25、預熱：將均勻化后的鑄錠加熱至350~500?°c，保溫1~2h，確保溫度均勻。
26、熱加工：采用熱軋或熱擠壓方式進行。
27、熱軋：在可逆軋機上進行多道次軋制，單道次變形量控制在15%~25%，總變形量控制在70%~85%。最終軋制溫度不應低于300?°c。
28、熱擠壓：將預熱好的鑄錠放入擠壓筒，在400~450?°c的溫度下進行擠壓，擠壓比控制在（10:1）~（15:1）。擠出后可采用噴水或強風進行快速冷卻，以抑制析出相過度長大。
29、步驟四、大變形量冷加工
30、此步驟是形成強烈變形織構和大量晶體缺陷（位錯）的關鍵，為后續退火過程中形成再結晶織構和納米相析出提供驅動力和形核位置。
31、表面處理：對熱變形后的坯料進行表面處理（如銑面、扒皮、拋光），去除氧化層和表面缺陷。
32、冷加工：采用冷軋或冷拉拔方式進行。
33、冷軋：在多輥精密軋機上進行多道次軋制，道次間可采用中間低溫（≤200?°c）去應力退火（可選，取決于加工硬化程度）。總冷變形量必須≥95%（例如，將厚度為10mm的板坯軋至0.5mm以下）。
34、冷拉拔：對于絲材，通過多道次拉拔，配合模具潤滑和中間退火（可選），總斷面收縮率≥95%。
35、步驟五、分級退火
36、這是實現“織構與納米析出協同強化”的最核心環節，通過精確控制的兩階段退火，分別實現再結晶織構的形成和納米相的穩定析出。
37、第一階段：低溫退火（再結晶與預析出）
38、目的：在較低溫度下，使經過大變形量的材料發生不完全再結晶，形成再結晶織構（通常是銅型織構，如{112}<111>）。同時，過飽和的co和p原子在高的位錯密度和晶界處開始偏聚，形成納米級co2p相的胚核。
39、工藝：在保護性氣氛（高純氮氣或氬氣）下，將材料以≤10?°c/min的速率加熱至400~500?°c。
40、保溫：保溫10~60分鐘。保溫時間短，有利于形成細小的再結晶晶粒和織構；時間長，則再結晶更完全，但織構強度可能減弱。此階段應控制再結晶完成度在80%~95%。
41、第二階段：高溫穩定化退火（織構穩定與析出相生成）
42、目的：在更高溫度下，使再結晶過程徹底完成，并使再結晶織構進一步穩定和強化。同時，促使納米co2p相充分析出并適度粗化至最佳釘扎尺寸（2~20?nm），獲得最佳的彌散分布狀態。
43、工藝：緊接第一階段，將爐溫以≤5?°c/min的速率升至550~650?°c。
44、保溫：保溫1~3小時。此溫度和時間足以讓co2p相充分析出并達到熱力學穩定狀態，同時確保基體完全再結晶和回復，內應力基本消除。
45、冷卻：保溫結束后，隨爐冷卻或以≤3?°c/min的緩冷速度冷卻至室溫。緩慢冷卻有助于避免引入新的熱應力和保持組織的穩定性。
46、通過以上五個精密控制的步驟，最終獲得的耐高溫銅基合金兼具再結晶織構和彌散分布的納米co2p析出相，從而實現了卓越的高溫性能與高導電性的統一。
47、優選地，所述步驟一中，熔煉采用真空感應熔煉，真空度抽至5pa以下后充入氬氣保護，熔煉溫度為1300~1400?°c，保溫15~30?min，澆鑄溫度為1150~1250?°c。
48、優選地，所述步驟二中，均勻化處理的溫度為500~600?°c，時間為1~6小時。
49、優選地，所述步驟三中，熱軋或熱擠壓的溫度為350~500?°c。
50、優選地，所述步驟四中，所述冷加工為冷軋或冷拉拔。
51、優選地，所述步驟五中，所述低溫退火的保溫時間為10~60?min，目的在于誘發再結晶并形成纖維織構，同時使納米co2p相初步析出；所述高溫穩定化退火的保溫時間為1~3h，目的在于使再結晶織構充分發展并穩定化，最終達到≥80%的結構占比，同時使co2p相充分析出和粗化至最佳尺寸。
52、與現有技術相比，本發明的突出優點和有益效果在于：
53、1.本發明通過“織構強化”與“納米析出強化”的協同作用，從宏-微觀兩個尺度抑制晶界遷移。再結晶織構提供了宏觀上各向異性的晶界分布，顯著增加了晶粒粗化的能量壁壘；而納米co2p相則作為高效的釘扎點，從微觀上機械地阻礙晶界遷移。二者協同，強化效果顯著優于單一機制。
54、2.該協同強化機制使得材料在高溫（≥500?°c）長期服役時，能夠極大地抑制再結晶和晶粒粗化過程，從而保持優異的力學性能。
55、3.由于co和p元素主要以電導率損失極小的納米co2p析出相形式存在，而非固溶在銅基體中，因此本發明在獲得高強度和高熱穩定性的同時，基本不損失銅基合金的本征高導電性，導電率可達98%iacs以上。
56、4.本發明提供的制備方法流程清晰，工藝參數明確，通過控制冷變形量和分級退火制度，可以精確調控織構的強度和納米析出相的尺寸與分布，重現性好，適于工業化生產。