CN101348874A - 一种高性能铜基合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能铜基合金材料及其制备方法 Download PDF

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刘平
赵冬梅
宋克兴
田保红
陈少华
任凤章
娄华芬
刘勇
任伟
康敬乐
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Abstract

本发明公开的高性能铜基合金材料含有重量百分比为1.0~4.0wt%镍、0.2~1.0wt%硅、0.01~0.15wt%Zr,其余为铜和不可避免的杂质。其制备方法包括熔炼、热锻、固溶以及随后的分级时效。其中固溶温度850~960℃,保温时间1~2h;时效温度400~500℃,保温时间为2~6h。同时可根据综合性能需要对合金进行两次或两次以上的时效处理。本发明所得成品的抗拉强度达到600~900MPa、电导率达到50~75%IACS、延伸率达到5%以上、软化温度在500℃以上。能较好地满足引线框架材料等电子工业领域用材料对铜合金综合性能的要求。

Description

一种高性能铜基合金材料及其制备方》去
技术领域
本发明属于合金技术领域,主要涉及一种高性能铜基合金材料及其制备方法。
尤其适用于大规t级超大规模集成电路用弓践框架材料、电车及电力机车接触线、 大型高速涡轮发电机的转子导条、大推力火箭发动机内衬等高强度高导电用高性能 铜合金及其制备方法。 背景技术
随着电子工业的M发展,对弓践框架等材料的综合性能提出了更高的要求,
各个国家对其研发也日益重视。目前已开发出的高性能铜基合金材料主要有CuNiSi 系、CuFeP系、CuCr系、CuCrZr系等,其主要生产国为日本、美国、德国、法国 和英国,其中日本发展最快。
国内外专利文献涉及到的高性能铜基合金材料,多是有关CuCrZr和CuFeP合 金材料,特别是有关CuCrZr系材料,而涉及CuNiSi方面的相对较少。如中国专利: "03149851.5"所述的铜合金含有1.0〜3.5%的Ni, 0.1~1.0%的Si, 0.05~0.4%的混 合稀土,余量为铜和不可避免的杂质,但其综合性能相对较低,其合金强度达到 546~750MPa,导电率仅有44~59.5%IACS。另一专利"86102885"在CuNiSi的基 础上加入Mg以提高其强度和抗松弛应力,其合金范围为M: 2〜4.8%, Si: 0.2〜1.4%, Mg: 0.05~0.45%。日本在中国申请的专利"200510065789〗"涉及一种弯曲加工性 优良、高强高导电子电机部件用铜合金,Ni含量为1.5〜4.0%, Si含量为0.15〜1.0。/。, 同时含有0.01〜1.0。/。的Zn、 Mg、 Sn及In中的一种以上,以着重改善合金的弯曲加 工性,其强度达到800〜900MPa,但其导电率仅有35〜55%IACS。中国专利文献 CN1477220A(专利申请号为03149851.5)也涉及CuNiSi系铜合金,其特点在于加入 混合稀土,但是其综合性能相对较低。 发明内容
本发明的目的是提供一种高性會溯基合金材料及其制备方法,进一步提高合金的抗高温软化性能,改善合金的综合性能,满足引线框架禾才料等对铜合金材料性能 的要求。
本发明实现上述目的采取的技术方案是:该铜基合金材料含有重量百分比为
1.0〜4.0wt。/。镍、0.2〜1.0wt。/。硅、0.01〜0.15wt。/。锆,其余为铜和不可避免的杂质。
本发明实现上述铜基合金材料的制备方法主要包括如下步骤:
(1) 将原料在120(M350。C进行熔炼,熔融后注入铸模;
(2) 合金的热锻:热锻温度为850〜900°C,锻造变形量70~80%;
(3) 合金的固溶处理:其固溶温度850〜960。C,保温时间l〜2h,然后进行7夂淬;
(4) 合金的冷轧变形:冷轧变形量30〜80%;
(5) 合金的时效工艺:采用分级时效工艺,进行两次以上的时效处理和冷轧变
形相结合,时效M^选用400~500。C,保温时间为24h,时效处理后的变形量为 30~70%;
(6) 合金的最终冷轧变形:变形量30〜80%。
本发明所述的铜基合金材料是在传统的CuNiSi合金的基础上设计的,其重要 特征之一在于利用微量合金元素Zr,以提高弓践框架用铜合金的强度、导电性和抗 高温软化性能,特别是抗高温软化性能;另一重要特征在于其抗拉强度、电导率、 硬度、延伸率及软化温度等特性均能较好地满足引线框架材料等电子工业领域对铜 合金材料性能的要求。
本发明提出的铜基合金材料属于一种新型的高强高导兼备的高性能铜合金材 料,其综合性能优越、合金组织均匀、析出相细小弥散,合金价格相对较低,生产 效率高,特别是具有较高的软化温度。该合金系第二相析出而产生强化效果,析出 的第二相有M2Si以及铜锆化合物等。考虑采用适当的M、 Si元素比以保证合金在 时效后,铜基体中残留较少的合金元素,使合金获得相X寸较高的导电性能,故此为 了使合金具有尽可能高的导电性,考虑Ni、 Si元素的重量比例控制在4.0〜45之间。 另外考虑微量的Zr对铜基体的导电性几乎没有影响,其作为合金元素加入铜合金 中,由于其在高低温时在铜中的固溶度差别极大,且在室温时又极小,而具有强烈 的时效强化效果;固溶处理后,锆作为强化相溶入固溶体中,经变形再时效后,在 饱禾咽溶体中析出了细小、大量的弥散铜锆化合物强化相,使基体具有更多的强化
质点;另外微量的锆加入铜合金中还具有降低铸件中的含氧量,使铸件中的气孔减
少,挤出和拉拔气?L几乎完全消失;特别是极微量的Zr即可大大提高铜的耐高温 性能,S卩软化温度。本发明考虑其性能要求,其加入量控制在0.01〜0.15wt。/。的范围。 从而使所设计的合金体系达到高强高导相结合的目的。
本发明所述的高性能铜基合金材料在上述制备工艺下戶万得成品的抗拉强度达 到600〜900MPa、电导率达到50〜75%IACS、延伸率达到5%以上,软化温度在500°C 以上。能较好地满足引线框架材料等电子工业领域用材料对铜合金性能的要求。 具体实施方式
结合本发明内容提供以下实施例:
实施例l
本实施例所述的铜基合金材料含有重量百分比为:1.3%M、 0.3%Si、 0.06%Zr,
其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是:按照上述重量百分比称取原料后,将各组分混合后在 1250。C下熔炼,熔S虫后注入铸t莫,形成铸锭;对铸锭热锻,^M度为860。C,锻造 变形量为70%,得到热锻物料;对热锻物料进行固溶处理,在箱式电阻炉中进行固 溶处理,^^显度为880°C,保温时间为lh,然后水淬,得到冷物料;对该冷物料预 冷轧处理,变形量为70%,得到预冷轧物料;为了保证合金具有高的综合性能,采 用分级时效工艺,进行多次的时效处理和冷轧变形相结合。本实施例的分级时效处 理为两次,第一次分级时效处理,时效温度为480。C,保纟显时间为2h,再进行变形 量为60%的冷轧处理,然后进行第二次分级时效处理,时效温度为460。C,保温时 间为4h,得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理,变形量为60%, 即得到高性能铜合金材料,其抗拉强度达到600MPa、电导率达到71%IACS、延伸 率达到11%,软化温度520。C。
实施例2
本实施例所述的铜基合金材料含有重量百分比为:2.4%Ni、 0.53%Si、 0.06%Zr,
其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是:按照上述重量百分比称取原料后,各组分混合后在 1300。C下熔炼,熔融后注入铸模,形成铸锭;对铸锭热锻,,度为880。C,锻造 变形量为70%,得至鹏锻物料;对热锻物料进行固溶处理,^^it为930。C,保温
时间为lh,然后水淬,得到冷物料;对该冷物料预冷轧处理,变形量为45%,得到 预冷轧物料;对预冷轧物料分级时效处理为三次,第一次分级时效处理温度为 460°C,保温时间为4h,进行变形量为60%的冷轧处理,第二次分级时效处理aS 为460。C,保温时间为2h,再进行变形量为40%的冷轧处理,然后进行第三次分级 时效处理,时效温度为440°C,保温时间为4h,得到分级时效物料。X寸分级时效物 料进行最终的冷轧处理,变形量为40%,即得到高性能铜合金材料,其抗拉强度达 到750MPa、电导率达到65%IACS、延伸率达到9%、软化温度550。C。
实施例3
本实施例所述的铜基合金材料含有重量百分比为:2.4%Ni、 0.53%Si、 0.13%Zr,
其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是:按照上述重量百分比称取原料后,各组分混合后在 1300。C下熔炼,熔融后注入铸模,形成铸锭;对铸锭热锻,期显度为880。C,锻造 变形量为70%,得到热锻物料;对热锻物料进行固溶处理,其温度为930。C,保温 时间为1.5h,然后水淬,得到冷物料;对该冷物料预冷轧处理,变形量为60%,得 到预冷轧物料;对预冷轧物料分级时效处理为两次,第一次分级时效处理温度为 460°C,保温时间为4h,再进行变形量为60%的冷轧处理,然后进行第二次分级时 效处理,时效温度为440。C,保温时间为2h,得到分级时效物料。对分级时效物料 进行最终的冷轧处理,变形量为60%,即得到弓l线框架用铜合金材料,其抗拉强度 达到720MPa、电导率达到60%IACS、延伸率达到7.5%、软化温度530。C。
实施例4
本实施例所述的铜基合金材料含有重量百分比为:3.5%Ni、 0.75%Si、 0.06%Zr, 其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是:按照上述重量百分比称取原料后,各组分混合后在 1350。C下熔炼,熔融后注入铸模,形成铸锭;对铸4定热锻,其温度为900。C,锻造 变形量为70%,得至鹏锻物料;对热锻物料进行固溶处理,^a度为950。C,保温 时间为lh,然后水淬,得到冷物料;对该冷物料预冷轧处理,变形量为50%,得 到预冷轧物料;对预冷轧物料分级时效处理为三次,第一次分级时效处理温度为 460°C,保温时间为4h,进行变形量为40%的冷轧处理,第二次分级时效处理;Mit 为440°C,保温时间4h,再进行变形量为40%的冷轧处理,而后进行第三次时效处
理,时效Mit为440°C,保温时间为6h,得到分级时效物料。对分级时效物料进行 最终的冷轧处理,变形量为60%,即得到高性能铜合金材料,其抗拉强度达到 850MPa、电导率达到50Q/。IACS、延伸率达到7%、软化温度550。C。
实施例1〜4将一定配比的Cu、 Ni、 Si、 Zr按照表l的比例熔铸成合格铸锭, 在85(K900。C进行热锻,而后进行固溶处理、冷轧变形以及分级时效等工艺,使 Ni、 Si、 Zr从基体中充分析出,从而得到综合性能优异的高强度和高导电性能兼具 的铜合金材料,其综合性能见表l。
表1 Cu-Ni-Si-Zr合金综合性能
<table>table see original document page 7</column></row> <table>

Claims (7)

1、一种高性能铜基合金材料,其特征是:该铜基合金材料含有重量百分比为1.0~4.0wt%镍、0.2~1.0wt%硅、0.01~0.15wt%锆,其余为铜和不可避免的杂质。
2、 根据权利要求1所述的一种高性能铜合金材料,其特征在于含有重量百分 比为1.0〜1.5wto/o镍、0.2~0.35^%硅、0.05^0.08wt。/o锆,其余为铜和不可避免的杂质。
3、 根据权利要求1所述的一种高性能铜合金材料,其特征在于含有重量百分 比为2.0〜2.6wt。/。镍、0.4^0.6wt。/。硅、0.05^0.08wty。锆,其余为铜和不可避免的杂质。
4、 根据权利要求1所述的一种高性能铜合金材料,其特征在于含有重量百分 比为3.3〜3.6wt。/。镍、0.7M).8wt。/o硅、0.05~0.08^%锆,其余为铜和不可避免的杂质。
5、 一种鬼恪如权利要求1〜4所述的高性能铜基合金材料的制备方法,其特征 是:其主要包括如下步骤:(1) 将原料在1200〜1350。C进行熔炼,熔融后注入铸模;(2) 合金的热锻:热锻温度为850〜900°C,锻造变形量70〜80%;(3) 合金的固溶处理:其固溶温度850〜960。C,保纟显时间l〜2h,然后进行7JC淬;(4) 合金的冷轧变形:冷轧变形量30〜80%;(5) 合金的时效工艺:采用分级时效工艺,进行两次以上的时效处理和冷轧变形相结合,时效^US选用400~500°C,保温时间为2~6h,时效处理后的变形量为 30~70%;(6) 合金的最终冷轧变形:变形量30~80%。
6、 根据权利要求1所述的高性能铜基合金材料的帝恪方法,其特征是:所述的合金的固溶处理是在箱式电阻炉中进行固溶处理的。
7、 根据权利要求5所述的制备方法,其特征是根据合金的性能需求,进行二
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