CN102912178A

CN102912178A - 一种高强高导稀土铜合金及其制备方法

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Publication number: CN102912178A
Application number: CN2012103745286A
Authority: CN
Inventors: 张毅; 田保红; 刘勇; 李德军; 李瑞卿; 许倩倩; 刘平; 张轼
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN102912178B

Abstract

本发明公开了一种高强高导稀土铜合金及其制备方法，属于合金材料技术领域，在传统Cu-Cr-Zr合金的基础上加入银、磷以及微量的稀土元素。该铜合金由以下重量百分比的组分组成：0.2～1.0%的铬，0.1～0.4%的锆，0.1～0.2%的银，0.02～0.03%的磷，0.02～0.16%的稀土元素，所述的稀土元素为铈、铱、钕中的一种、两种或三种，余量为铜和不可避免的杂质元素；上述原料通过热锻、固溶处理、冷轧变形、时效处理等工艺，制得的铜合金具有良好的综合性能，其抗拉强度＞550MPa，硬度＞150HV，延伸率＞10%，导电率＞80%IACS，软化温度＞450℃，能较好的满足电子工业领域用材料对铜合金性能的要求，可用于大规模集成电路用引线框架材料、电车及电力机车接触线、电极合金连接器等。

Description

一种高强高导稀土铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铜基合金及其制备方法，尤其涉及一种高强高导稀土铜合金及其制备方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

铜及铜合金由于具有良好的导电导热性和耐腐蚀性，强度高、易于制备，在电子、电力、机械及航天航空领域得到了广泛应用，是重要的电子金属材料。

引线框架铜合金材料是集成电路的主要组成部分之一，起连接传送电信号、散热等功用。目前已开发的引线框架铜基合金主要有Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等，这些合金材料虽能满足一定的需求，但也存在整体性能不佳等缺点。

Cu-Cr-Zr系合金是一类应用较为广泛的高强度高导电性能合金，主要特点是具有较高的电导率，但其强度普遍偏低。美国专利1993年5月11日（公开号：US 005210441A）公开的一种集成电路引线框架用Cu-Cr-Zr系铜合金，其中Cr、Zr的含量分别为0.1～1.0%、0.01～0.5%，主要提出了锆粒子脱溶及分布控制理论。中国专利2003年5月14日（公告号：CN 1254554C）公开的一种在传统Cu-Cr-Zr合金基础上添加微量合金元素La、Zn以及Fe（或Co）和Ti的铜合金，抗拉强度虽能达到608.2～641.4MPa，但其电导率仅为65～70%IACS，延伸率仅≥5%。中国专利2004年4月14日（公告号：CN 1323179C）公开的一种Cu-Cr-Zr系合金，添加稀土元素Y、La或Sm，合金硬度、抗拉强度和软化温度高达170HBS、750MPa和700℃，但其延伸率和导电率仅为6%和75%IACS。中国专利2010年1月20日（公开号：CN 101629254A）公开的添加Te的Cu-Cr-Zr合金，该合金导电率达92%IACS，而抗拉强度仅为500MPa。日本在我国于2010年12月29日申请的专利（公开号：CN 101928864A）涉及一种在维持导电率和应力缓和性同时保持强度和弯曲加工性优异的铜合金，其中Cr、Zr、Sn的含量分别为0.1～0.4%、0.02～0.2%、0.01～0.3%，导电率达80%IACS以上，但其强度偏低，仅为550MPa。

随着电子工业的迅猛发展，对传统铜基电工材料的强度、电导率、焊接、蚀刻等性能的要求也越来越高，因此，迫切需要开发一种新型高强高导引线框架材料铜合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强高导稀土铜合金。

同时，本发明还提供一种高强高导稀土铜合金的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高强高导稀土铜合金，由下述重量百分比的组分组成：

0.2～1.0%的铬，

0.1～0.4%的锆，

0.1～0.2%的银，

0.02～0.03%的磷，

0.02～0.16%的稀土元素，所述的稀土元素为铈、铱、钕中的一种、两种或三种，

余量为铜和不可避免的杂质元素。

所述的稀土元素可以以两种混合的形式加入，两种稀土元素的重量比为1:（1～3）。

按照重量比，所述的两种稀土元素铈:铱为1:（1～3），或铈:钕为1:（1～3），或铱:钕为1:（1～3）。

所述的稀土元素也可以以三种混合的形式加入，三种稀土元素的重量比为1:1:（1～3）。

按照重量比，所述的三种稀土元素铈:铱:钕为1:1:（1～3）。

一种高强高导稀土铜合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜、铬、锆、银、磷、稀土元素在1200～1300℃进行熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；

（2）将步骤（1）的铸锭加热至800～950℃，保温1～3小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量60～80%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在850～950℃保温1～2小时，然后进行水淬；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为20～80%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为400～480℃，保温2～10小时，再进行冷轧变形，变形量为20～80%。

所述的时效处理和冷轧变形可以为：第一次在时效温度460～480℃下保温2～4小时，进行冷轧变形，变形量为40～60%，第二次在时效温度450～480℃下保温2～4小时，再进行冷轧变形，变形量为60～75%。

所述的时效处理和冷轧变形也可以为：第一次在时效温度480℃下保温2小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度460℃下保温2～4小时，进行冷轧变形，变形量为40～60%，第三次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为60%。

本发明的有益效果：

本发明所述稀土铜基合金材料，其主要特征在于在传统Cu-Cr-Zr合金的基础上加入银、磷以及微量的稀土元素。银的加入主要是对铜基体导电率起到一定的改善作用，同时还有一定的固溶强化作用，以及提高铜的软化温度，由于银的价格较高，所以银的加入量为0.1～0.2%。微量磷的加入主要是能够使合金时效处理后再进行冷加工过程中抑制析出物的成长而微细化组织，从而起到提高合金强度的作用，但是加入量过多也会影响合金的导电性，所以磷的加入量为0.02～0.03%。稀土元素的加入除能够改变合金的工艺性，利于精炼、除气和微合金化作用，此外，还可以提高合金的抗拉强度、硬度、导电率、软化温度、延伸率等。

本发明所述合金通过热锻、固溶处理、冷轧变形、时效处理等工艺，制得的合金具有良好的综合性能，其抗拉强度＞550MPa，硬度＞150HV，延伸率＞10%，导电率＞80%IACS，软化温度＞450℃，能较好的满足引线框架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

下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.2%的锆，0.15%的银，0.03%的磷，0.02%的铈，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（1）将电解铜、铬、锆、银、磷、稀土元素在1200℃进行熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；

（2）将步骤（1）的铸锭加热至850℃，保温1小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量70%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在850℃保温1小时，然后进行水淬；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为60%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度400℃下保温4小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为60%。

合金性能见表1。

实施例2

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.5%的铬，0.3%的锆，0.2%的银，0.03%的磷，0.04%的铱，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（1）将电解铜、铬、锆、银、磷、稀土元素在1250℃进行熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；

（2）将步骤（1）的铸锭加热至870℃，保温2小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量70%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在900℃保温1小时，然后进行水淬；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为80%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度480℃下保温2小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度460℃下保温2小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第三次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为60%。

合金性能见表1。

实施例3

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.5%的铬，0.3%的锆，0.2%的银，0.03%的磷，0.06%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（2）将步骤（1）的铸锭加热至880℃，保温2小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量75%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在910℃保温1.5小时，然后进行水淬；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度480℃下保温4小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度460℃下保温2小时，再进行冷轧变形，变形量为70%。

合金性能见表1。

实施例4

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.2%的铬，0.2%的锆，0.1%的银，0.02%的磷，0.04%的铈，0.04%的铱，余量为铜和不可避免的杂质元素。

（1）将铜、铬、锆、银、磷、稀土元素在1200℃进行熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；

（2）将步骤（1）的铸锭加热至800℃，保温3小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量60%，得到棒坯；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为20%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为400℃，保温2小时，再进行冷轧变形，变形量为80%。

合金性能见表1。

实施例5

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.1%的锆，0.15%的银，0.02%的磷，0.04%的铈，0.06%的铱，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例4。合金性能见表1。

实施例6

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.1%的锆，0.15%的银，0.02%的磷，0.03%的铈，0.09%的铱，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例4。合金性能见表1。

实施例7

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.5%的铬，0.3%的锆，0.2%的银，0.03%的磷，0.04%的铈，0.04%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（1）将电解铜、铬、锆、银、磷、稀土元素在1300℃进行熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；

（2）将步骤（1）的铸锭加热至880℃，保温1小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量75%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在920℃保温2小时，然后进行水淬；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为75%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度460℃下保温4小时，进行冷轧变形，变形量为60%，第二次在时效温度480℃下保温2小时，再进行冷轧变形，变形量为75%。合金性能见表1。

实施例8

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.5%的铬，0.3%的锆，0.2%的银，0.03%的磷，0.04%的铈，0.08%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例7。合金性能见表1。

实施例9

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.5%的铬，0.3%的锆，0.2%的银，0.03% 的磷，0.04%的铈，0.12%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例7。合金性能见表1。

实施例10

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.2%的锆，0.15%的银，0.03%的磷，0.04%的铱，0.04%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（2）将步骤（1）的铸锭加热至850℃，保温2小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量70%，得到棒坯；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度450℃下保温4小时，进行冷轧变形，变形量为60%，第二次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为60%。合金性能见表1。

实施例11

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.2%的锆，0.15%的银，0.03%的磷，0.03%的铱，0.06%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例10。合金性能见表1。

实施例12

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.3%的铬，0.2%的锆，0.15%的银，0.03%的磷，0.03%的铱，0.09%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例10。合金性能见表1。

实施例13

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.8%的铬，0.4%的锆，0.2%的银，0.02%的磷，0.04%的铈，0.04%的铱，0.04%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。具体制备方法为：

（2）将步骤（1）的铸锭加热至950℃，保温2小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量75%，得到棒坯；

（3）将步骤（2）的棒坯装入热处理炉中，在950℃保温2小时，然后进行水淬；

（4）将步骤（3）淬火后的合金进行冷轧变形，变形量为50%；

（5）将步骤（4）冷轧变形后的合金第一次在时效温度480℃下保温2小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度460℃下保温4小时，进行冷轧变形，变形量为60%，第三次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为20%。合金性能见表1。

实施例14

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：1.0%的铬，0.4%的锆，0.2%的银，0.02%的磷，0.04%的铈，0.04%的铱，0.08%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例13。合金性能见表1。

实施例15

本实例铜合金由下述重量百分比的组分组成：0.8%的铬，0.4%的锆，0.2%的银，0.02%的磷，0.03%的铈，0.03%的铱，0.09%的钕，余量为铜和不可避免的杂质元素。制备方法同实施例13。合金性能见表1。

表1本发明主要合金成分及性能

。

Claims

1.一种高强高导稀土铜合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：

0.2～1.0%的铬，

0.1～0.4%的锆，

0.1～0.2%的银，

0.02～0.03%的磷，

余量为铜和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的高强高导稀土铜合金，其特征在于，所述的稀土元素以两种混合的形式加入，两种稀土元素的重量比为1:（1～3）。

3.根据权利要求2所述的高强高导稀土铜合金，其特征在于，所述的两种稀土元素铈:铱为1:（1～3），或铈:钕为1:（1～3），或铱:钕为1:（1～3）。

4.根据权利要求1所述的高强高导稀土铜合金，其特征在于，所述的稀土元素以三种混合的形式加入，三种稀土元素的重量比为1:1:（1～3）。

5.根据权利要求4所述的高强高导稀土铜合金，其特征在于，所述的三种稀土元素铈:铱:钕为1:1:（1～3）。

6.一种如权利要求1或2或4所述的高强高导稀土铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（5）将步骤（4）变形后的合金进行时效处理，时效温度为400～480℃，保温2～10小时，再进行冷轧变形，变形量为20～80%。

7.根据权利要求6所述的高强高导稀土铜合金的制备方法，其特征在于，所述的时效处理和冷轧变形为：第一次在时效温度460～480℃下保温2～4小时，进行冷轧变形，变形量为40～60%，第二次在时效温度450～480℃下保温2～4小时，再进行冷轧变形，变形量为60～75%。

8.根据权利要求6所述的新型高强高导稀土铜合金的制备方法，其特征在于，所述的时效处理和冷轧变形为：第一次在时效温度480℃下保温2小时，进行冷轧变形，变形量为40%，第二次在时效温度460℃下保温2～4小时，进行冷轧变形，变形量为40～60%，第三次在时效温度450℃下保温4小时，再进行冷轧变形，变形量为60%。