CN102851534A - 一种电子材料用稀土铜合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子材料用稀土铜合金,是由以下重量百分比的组分制成:镍0.9~5.0%、硅0.15~1.7%、镁0.01~0.5%、锌0.01~2%、稀土元素0.02~0.15%,余量为铜及不可避免的杂质,所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。本发明的电子材料用稀土铜合金是在是在传统的CuNiSi合金基础上,加入微量的镁、锌以及铱、铈、镧稀土元素,并调整了铜合金中各元素的百分含量,使微量稀土元素和镁、锌产生协同作用,同时改善铜合金的强度和导电性性能,抗拉强度达到550~900MPa、电导率达到35~79%IACS、延伸率达到5%以上,能较好地满足电子材料用铜合金的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子材料用稀土铜合金,属于铜合金材料技术领域。
背景技术
铜及其合金由于具有良好的导电导热、耐蚀、强度、疲劳以及易于制造等特点,在电子、电力、机械以及航天航空等领域得到了广泛的应用,成为重要的电气电子材料。随着近年来电气电子设备向小型化、轻量化发展,对于电气电子用材料的性能有了更高的性能要求,如具有好的强度、导电性、弯曲加工性、耐应力松弛性、耐磨性、耐高温性能等。然而对于铜合金,高强度和高导电性、高强度和良好的弯曲加工性等是一对相互矛盾的特性。因此迫切需要开发一种新型的高性能铜合金材料。
目前世界各国都在积极开发综合性能优异的铜合金,也申请了许多专利,如:US1658186,1778668,2185958,2137282,3027508,4466939,JP213847/83等等。这些专利就Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系及Cu-Cr-Zr系等合金成分,制备方法和对某一特殊性能的改进提出的新的技术方案。中国专利申请号200810230786.0,公开了一种高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺,其Ni含量为7%、Si含量1.8%、Zn含量0.4%、Mg含量0.3%,采用其所述的加工工艺,其强度能够达到600~700MPa,导电率达到25~30%IACS。但是铜合金的强度和导电率都有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度和导电率高的电子材料用稀土铜合金。
本发明的另一目的是提供一种电子材料用稀土铜合金的制备方法。
为了实现以上目的,本发明电子材料用稀土铜合金所采用的技术方案是:一种电子材料用稀土铜合金,是由以下重量百分比的组分制成:镍0.9~5.0%、硅0.15~1.7%、镁0.01~0.5%、锌0.01~2%、稀土元素0.02~0.15%,余量为铜及不可避免的杂质,所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。
本发明电子材料用稀土铜合金的优选方案为:镍1.8~4.5%、硅0.45~1.1%、镁0.06~0.11%、锌0.06~0.8%、稀土元素0.05~0.10%,余量为铜及不可避免的杂质。
所述Ni与Si的重量比为3~6∶1。
本发明的电子材料用稀土铜合金,加入的Ni、Si析出产生第二相Ni2Si产生强化效果,采用适当的Ni、Si含量保证合金在时效后,铜基体中残留较少的合金元素,使合金获得相对较高的导电性能;加入的Mg元素非常活泼,适量添加具有除氧、净化熔体的作用,同时还能大幅提高材料的耐应力松弛性能,但由于Mg在Cu中固溶度比较高,对导电性影响较大,且太多对材料的弯曲加工性影响较大,确定其添加量在0.01~0.5wt%的范围;加入的Zn有利于改善材料的弯曲加工性,同时还可以改善电子材料镀Sn的粘附性及耐电迁移性等,同时考虑其对材料导电性的影响,确定其添加量在0.01~2wt%的范围;加入的稀土元素铱具有很好的活性,具有不同稀土元素的除残余氧、净化熔体、利于精炼、除气和微合金化作用,还能够显著的提高镁和锌在铜合金中的作用,显著的提高改善合金的导电性、拉伸强度和抗高温软化性能,同时在加入铱的同时还可以加入铈和/或镧,提高除残余氧、净化熔体、利于精炼、除气和微合金化的作用。
本发明的电子材料用稀土铜合金是在是在传统的CuNiSi合金基础上,加入微量的镁、锌以及铱、铈、镧稀土元素,并调整了铜合金中各元素的百分含量,使微量稀土元素和镁、锌产生协同作用,同时改善铜合金的强度和导电性性能,抗拉强度达到550~900MPa、电导率达到35~79%IACS、延伸率达到5%以上,能较好地满足电子材料用铜合金的性能需求。
本发明的电子材料用稀土铜合金可以采用常规方法制备,以下给出稀土铜合金的制备方法予以说明:按照配方量取各组分进行配料,1200~1350℃熔炼形成铸锭;温度850~950℃的热锻,变形量70~85%;850~1080℃的固溶处理0.5~1h,轧制率在0~70%的中间冷轧;400~550℃的时效处理,以及轧制率在30~70%的冷轧变形;冷轧后200~400℃的去应力退火处理0.5~1.5h。
具体实施方式
实施例1
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:1.8%镍、0.45%硅、0.06%镁、0.06%锌、0.05%铱,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熔炼,在1250℃下进行熔炼,形成铸锭;对铸锭进行热锻,温度860℃,变形量70%;在箱式电阻炉中进行900℃×1h的固溶处理,而后进行变形量为60%的预冷轧。为了保证合金具有高的综合性能,进行多次的时效处理和冷轧变形相结合。本实施例的时效处理为三次,第一次时效温度为450℃×1h,冷轧变形量为50%;第二次时效处理温度为430℃×2h,冷轧变形量为60%;第三次时效温度为400℃×2.5h。进行最终60%的冷轧变形处理,再经250℃×1h的去应力退火处理。得到综合性能较好的稀土铜合金材料,其抗拉强度达到730MPa、电导率达到69%IACS、延伸率达到10%。
实施例2
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:4.8%镍、1.4%硅、0.3%镁、1.5%锌、0.06%铱、0.06%铈,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熔炼熔炼温度1350℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度880℃,变形量75%;进行930℃×1h的固溶处理,而后进行变形量为40%的预冷轧。为了保证合金具有高的综合性能,进行多次的时效处理和冷轧变形相结合。本实施例的时效处理为三次,第一次时效温度为480℃×1h,冷轧变形量为40%;第二次时效处理温度为460℃×1h,冷轧变形量为40%;第三次时效温度为440℃×1.2h。进行最终40%的冷轧变形,再经350℃×1.5h的去应力退火处理。其抗拉强度达到880MPa、电导率达到37%IACS、延伸率达到7.5%。
实施例3
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:1.0%镍、0.18%硅、0.04%镁、0.03%锌、0.02%铱、0.02%镧,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熔炼,熔炼温度1200℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度910℃,变形量80%;进行860℃×0.5h的固溶处理;而后进行变形量30%的预冷轧。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为500℃×0.5h,冷轧变形量为40%;第二次时效温度为450℃×1h,冷轧变形量为60%;第三次时效温度为400℃×2h。对多次时效材料进行最终的60%冷轧变形,再经300℃×0.5h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到720MPa、电导率达到78%IACS、延伸率达到12%。
实施例4
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:2.5%镍、0.58%硅、0.11%镁、0.4%锌、0.05%铱、0.03%镧,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熔炼,熔炼温度1250℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度900℃,变形量70%;进行950℃×0.5h固溶处理;而后进行变形量40%的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为480℃×1h,冷轧变形量为40%;第二次时效温度为460℃×1h,冷轧变形量为60%;第三次时效温度为440℃×1h。对多次时效材料进行最终的70%冷轧变形,再经250℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到770MPa、电导率达到61%IACS、延伸率达到9%。
实施例5
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:2.5%镍、0.56%硅、0.08%镁、0.4%锌、0.03%铱、0.04%铈,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熔炼,熔炼温度1250℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度900℃,变形量80%;进行950℃×1h固溶处理;而后进行变形量60%的预冷轧处理。对预冷轧材料进行两次时效和冷轧。第一次时效温度为460℃×1.5h,变形量为50%的冷轧处理;第二次时效温度为440℃×2h。对多次时效的材料进行最终的50%冷轧变形,再经350℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到710MPa、电导率达到58%IACS、延伸率达到10%。
实施例6
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:3.6%镍、0.8%硅、0.08%镁、0.4%锌、0.02%铱、0.03%铈、0.04%镧,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熔炼,熔炼温度1300℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度930℃,变形量为80%;进行980℃×1h固溶处理;而后进行变形量为30%的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为480℃×2h,冷轧变形量为45%;第二次时效温度为460℃×1.5h,冷轧变形量为50%;第三次时效温度为440℃×1h。对多次时效材料进行最终的60%冷轧变形,再经400℃×0.5h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到820MPa、电导率达到50%IACS、延伸率达到8%。
实施例7
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:3.6%镍、0.8%硅、0.08%镁、0.5%锌、0.05%铱,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熔炼,熔炼温度1300℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度910℃,变形量80%;进行960℃×1h的固溶处理;而后进行变形量30%的预冷轧。对预冷轧材料进行两次时效和冷轧。第一次时效温度为520℃×1h,冷轧变形量为40%;第二次时效温度为480℃×1h。对多次时效材料进行最终的70%冷轧变形,再经250℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到810MPa、电导率达到48%IACS、延伸率达到9.5%。
实施例8
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成:4.5%镍、1.1%硅、0.08%镁、0.8%锌、0.04%铱、0.03%铈、0.03%镧,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熔炼,熔炼温度1350℃,形成铸锭;对铸锭热锻,温度930℃,变形量75%;进行1050℃×1h固溶处理;而后进行变形量25%的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为490℃×2.5h,冷轧变形量为35%;第二次时效温度为470℃×1h,冷轧变形量为40%;第三次时效温度为450℃×1h。对多次时效材料进行最终的65%冷轧变形,再经400℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料,其抗拉强度达到880MPa、电导率达到41%IACS、延伸率达到7%。
对比例1
本对比例的电子材料用稀土铜合金以及制备与实施例1相同,区别仅在于合金元素中不加入铱元素。最终得到的电子材料用稀土铜合金的抗拉强度为650MPa、电导率为65%IACS、延伸率为9%。
对比例2
本对比例的电子材料用稀土铜合金以及制备与实施例8相同,区别仅在于合金元素中不加入铱元素,同时将铈和镧的含量分别提高至0.05%,保持总稀土含量不变。最终得到的电子材料用稀土铜合金的抗拉强度为800MPa、电导率为36%IACS、延伸率为6%。
Claims (3)
1.一种电子材料用稀土铜合金,其特征在于:是由以下重量百分比的组分制成:镍0.9~5.0%、硅0.15~1.7%、镁0.01~0.5%、锌0.01~2%、稀土元素0.02~0.15%,余量为铜及不可避免的杂质,所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。
2.根据权利要求1所述的电子材料用稀土铜合金,其特征在于:是由以下重量百分比的组分制成:镍1.8~4.5%、硅0.45~11%、镁0.06~0.11%、锌0.06~0.8%、稀土元素0.05~0.10%,余量为铜及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的电子材料用稀土铜合金,其特征在于:所述Ni与Si的重量比为3~6∶1。
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