CN102560192B

CN102560192B - 一种高强高塑性铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102560192B
Application number: CN201110458830.5A
Authority: CN
Inventors: 晏弘
Original assignee: WUXI RIYUE ALLOY MATERIALS CO Ltd
Current assignee: WUXI RIYUE ALLOY MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN102560192A

Abstract

一种高强高塑性铜合金，其特征在于：按重量百分比计，包括成分为：Ni，1.5～4.5%；Si，0.5～0.8%;Ce，0.01～0.3%；Cr，0.01～0.1%;余量为铜和不可避免的杂质；本发明在传统CuNiSi合金基体上加入微量Ce和Cr，Ce和Cr的结合，可阻碍加热CuNiSi时合金晶粒的长大，从而细化晶粒，降低合金固溶处理后的硬度，使冷加工性能改善，提高合金时效后的抗拉强度和屈服强度。一种高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于将获得的铜合金熔体浇铸成扁锭之后，采用先冷轧，再固溶处理，接着二次冷轧的处理方式，可以有效提高铜合金的塑性，即有效提高铜合金的延伸率。

Description

一种高强高塑性铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种高强高导高塑性铜合金及其制备方法。

背景技术

国内外用于集成电路和半导体的引线框架材料分为铁镍合金（Fe42Ni）和铜合金两大类。铁镍合金的强度和软化温度很高，但电导率和热传导率很低，主要用于陶瓷和玻璃封装。铜合金由于优良的导电性和低廉的价格，铜合金引线框架的消耗已占总量的90%。

对引线框架，电子设备的各种端子，连接件等所使用的铜合金除了要求具备高强度和高导电外，更由于各种端子、连接器上引线数量的增加，小节距化的进展较快，要求电子部件具有高密度组装性和高可靠性。因此，对电子部件所使用的材料也提出了加工性能优良的要求。

这些合金中，CuNiSi时效硬化型合金是典型的代表性合金，其典型工艺为：铸锭-热轧-固溶处理-冷轧-时效处理。加工工艺的好坏直接影响产品的性能。

为了提高产品的性能，不少人提出添加不同微量元素的方法。这些微量元素的加入虽然在一定程度上改进了含金的性能，但由于没有改变合金的加工工艺，在强度和塑性上比较难达到预期效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种高强高塑性铜合金及其制备方法，该铜合金主要用于集成电路、特别是大规模和超大规模集成电路的框架以及电子产品接插件。

本发明的技术方案如下：

一种高强高塑性铜合金，按重量百分比计，包括成分为：Ni，1.5～4.5%；Si，0.5～0.8%;Ce，0.01～0.3%；Cr，0.01～0.1%;余量为铜和不可避免的杂质。

更好的配方为：按重量百分比计，包括成分为：Ni，2～4%；Si，0.4～0.6%;Ce，0.02～0.15%；Cr，0.02～0.06%;余量为铜和不可避免的杂质。

一种高强高塑性铜合金的制备方法，包括如下步骤：（1）配料：称取原材料，所述原材料中含有的金属成分及其重量百分比如下：

Ni,1.5～4.5%；Si,0.5～0.8%；Ce,0.01～0.3%；Cr,0.01～0.1%；余量为铜；

（2）真空熔炼：将步骤（1）中称取的原材料放入真空熔炼设备中，在真空度为(1~5)×10^-2Pa Pa,温度为1250-1300℃的条件下真空熔炼，形成铜合金熔体；

（3）浇铸：将步骤（2）中获得的铜合金熔体浇铸成扁锭；

（4）冷轧：将步骤（3）中获得的扁锭冷轧成厚度为0.8-2mm的带材；

（5）固溶处理：将步骤（4）中冷轧成的带材加热至850~950℃保温1~3个小时，然后快速水冷冷却至室温；

（6）二次冷轧：将步骤（5）中获得的带材冷轧成厚度为0.15-0.3mm的带材；

（7）时效处理：将步骤（6）中获得的带材在420~500℃的温度下，时效处理1~5个小时。

所述配料步骤中的原材料包括：电解镍，其提供Ni元素；多晶硅，其提供Si元素；中间合金CuCe,其提供Ce（铈）元素和部分铜元素；中间合金CuCr,其提供Cr（铬）元素和部分铜元素；电解铜，其提供其余的铜元素。

所述真空熔炼设备是真空感应炉。

所述真空熔炼步骤操作如下：将电解铜、电解镍和多晶硅加入真空熔炼设备中，调节真空熔炼设备的真空度至(1~5) ×10^-2Pa，然后加热至1250℃~1300℃下保温20~30分钟，使电解铜、电解镍和多晶硅完全熔融；然后加入中间合金CuCe和CuCr,继续保温8~12分钟，形成铜合金熔体。

所述固溶处理和时效处理在氮气保护下进行。

本发明的有益技术效果是：

本发明在传统CuNiSi合金基体上加入微量Ce和Cr。Ce和Cr的结合，可阻碍加热CuNiSi时合金晶粒的长大，细化晶粒，从而可降低合金固溶处理后的硬度，使冷加工性能改善，提高合金时效后的抗拉强度和屈服强度。工艺处理中，采用先冷轧，再固溶处理，接着二次冷轧的处理方式，可以提高合金的塑性，即提高延伸率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例1

实施例1铜合金，按重量百分比计，包括的成分如下：Ni,2.0%；Si,0.6%；Ce,0.04%；Cr,0.01%；余量为铜和不可避免的杂质。

所述铜合金的制备方法如下：

（1）配料：根据上述的各成分的重量比，经计算，称取相应的电解铜、电解镍、多晶硅、中间合金CuCe(重量百分比85Cu-15Ce)及中间合金CuCr(重量百分比90Cu-10Cr)；

(2)真空熔炼：将称取的电解铜、电解镍和多晶硅加入真空感应炉中，调节真空感应炉的真空度至0.05Pa,，加热至1250℃下保温25分钟，使电解铜、电解镍和多晶硅完全熔融；然后加入上述中间合金CuCe及CuCr，继续保温10分钟，形成铜合金熔体；

(3)浇铸：将上一步骤获得的铜合金熔体浇铸在铸模内；

(4)冷轧：将上一步骤获得的铸锭冷轧成厚度为0.8mm的带材；

(5)固溶处理：将步骤（4）中冷轧成的带材加热至850℃，保温1个小时，然后快速水冷冷却至室温；

(6)二次冷轧：将步骤（5）中获得的带材冷轧成厚度为0.15mm的带材；

(7) 时效处理：将冷轧后的带材在450℃下时效处理150分钟，获得最终的铜合金。

对上述制备获得的铜合金按照常规方法进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为730~760MP，屈服强度为640~670MP，延伸率为13~14%。

实施例2

实施例2铜合金，按重量百分比计，包括的成分如下：Ni，3.0%；Si，0.75%；Ce，0.15%；Cr，0.05%；余量为铜和不可避免的杂质。

所述铜合金的制备方法如下：

（1）配料：根据上述的各成分的重量比，经计算，称取相应的电解铜、电解镍、多晶硅、中间合金CuCe(重量百分比85Cu-15Ce)和中间合金CuCr(重量百分比90Cu-10Cr);

a)真空熔炼：将称取的电解铜、电解镍和多晶硅加入真空感应炉中，调节真空感应炉的真空度至0.05Pa,然后加热至1250℃下保温30分钟，使电解铜、电解镍和多晶硅完全熔融；然后加入上述中间合金CuCe和CuCr，继续保温10分钟，形成铜合金熔体；

b)浇铸：将上一步骤获得的铜合金熔体浇铸在铸模内；

c)冷轧：将上一步骤获得的铸锭冷轧成厚度为2mm的带材；

d)固溶处理：将步骤（4）中冷轧成的带材加热至900℃，保温2个小时，然后快速水冷冷却至室温；

e)二次冷轧：将步骤（5）中获得的带材冷轧成厚度为0.18mm的带

f)将冷轧后的带材在500℃下时效处理300分钟，获得最终的铜合金。

对上述制备获得的铜合金按照常规方法进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为735~765MP，屈服强度为640~680MP，延伸率为13.5~15.0%。

实施例3

实施例3铜合金，按重量百分比计，包括的成分如下：Ni，4.0%；Si，0.6%；Ce，0.27%；Cr，0.08%；余量为铜和不可避免的杂质。

所述铜合金的制备方法如下：

（1）配料：根据上述的各成分的重量比，经计算，称取相应的电解铜、电解镍、多晶硅、中间合金CuCe(重量百分比85Cu-15Ce)和中间合金CuCr(重量百分比90Cu-10Cr)；

(2)真空熔炼：将称取的电解铜、电解镍和多晶硅加入真空感应炉中，调节真空感应炉的真空度至0.05Pa，然后加热至1250℃下保温20分钟，使电解铜、电解镍和多晶硅完全熔融；然后加入上述中间合金CuCe和CuCr,继续保温10分钟，形成铜合金熔体；

(3)浇铸：将上一步骤获得的铜合金熔体浇铸在铸模内；

(4)冷轧：将上一步骤获得的铸锭冷轧成厚度为1.2mm的带材；

(5)固溶处理：将步骤（4）中冷轧成的带材加热至850℃，保温3个小时，然后快速水冷冷却至室温；

(7)将冷轧后的带材在470℃下时效处理60分钟，获得最终的铜合金。

对上述制备获得的铜合金按照常规方法进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为740~770MP,屈服强度为650~680MP,延伸率为13~14.5%。

综合以上实施例1～实施例3的性能测试结果：

抗拉强度：730~770MP；屈服强度：640~680 MP；延伸率13~15%。

实施例4～实施例6（比较实施例）

比较条件：实施例4～实施例6铜合金，分别不加入Cr成分，Ni,、Si、Ce（铈）成分分别与实施例1～实施例3相同，余量分别为铜和不可避免的杂质。实施例4～实施例6铜合金的制备方法及工艺条件也分别与实施例1～实施例3相同，将分别获得最终的铜合金按照常规方法进行性能测试，其综合结果如下：

抗拉强度：720~730MP；屈服强度：620~650 MP；延伸率11~13.5%。

比较实施例1～实施例3以及实施例4～实施例6的综合性能测试结果可见，本发明在传统CuNiSi合金基体中加入微量Ce和Cr，并采用先冷轧，再固溶处理，接着二次冷轧后再时效处理的工艺处理方式，可以有效提高合金的强度及塑性（延伸率）。其次，本发明在本申请人原有CuNiSi合金基体中加入微量Ce和Hf(铪)，来提高铜合金强度及塑性的方法改为加入微量Ce和Cr来提高铜合金强度及塑性，以及通过上述工艺方法的改进，可使得到的铜合金达到同样甚至更好的强度及塑性性能效果，节省了稀贵金属，降低了成本。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)配料：称取原材料，所述原材料中含有的金属成分及其重量百分比如下：Ni，1.5～4.5％；Si，0.5～0.8％；Ce，0.01～0.3％；Cr，0.01～0.1％；余量为铜和不可避免的杂质；

(2)真空熔炼：将步骤(1)中称取的原材料放入真空熔炼设备中，在真空度为(1～5)×10^-2Pa，温度为1250～1300℃的条件下真空熔炼，形成铜合金熔体；

(3)浇铸：将步骤(2)中获得的铜合金熔体浇铸成扁锭；

(4)冷轧：将步骤(3)中获得的扁锭冷轧成厚度为0.8～2mm的带材；

(5)固溶处理：将步骤(4)中冷轧成的带材加热至850～950℃保温1～3个小时，然后快速水冷冷却至室温；

(6)二次冷轧：将步骤(5)中获得的带材冷轧成厚度为0.15～0.3mm的带材；

(7)时效处理：将步骤(6)中获得的带材在420～500℃的温度下，时效处理1～5个小时。

2.如权利要求1所述的高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于：所述配料步骤中的原材料包括：电解镍，其提供Ni元素；多晶硅，其提供Si元素；中间合金CuCe，其提供Ce元素和部分铜元素；中间合金CuCr，其提供Cr元素和部分铜元素；电解铜，其提供其余的铜元素。

3.如权利要求1所述的高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于：所述真空熔炼设备是真空感应炉。

4.如权利要求1所述的高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于：所述真空熔炼步骤操作如下：将电解铜、电解镍和多晶硅加入真空熔炼设备中，调节真空熔炼设备的真空度至(1～5)×10^-2Pa，然后加热至1250℃～1300℃下保温20～30分钟，使电解铜、电解镍和多晶硅完全熔融；然后加入中间合金CuCe和CuCr，继续保温8～12分钟，形成铜合金熔体。

5.如权利要求1所述的高强高塑性铜合金的制备方法，其特征在于：所述固溶处理和时效处理在氮气保护下进行。