CN103243231A - 一种高强度高导电铜基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度高导电铜基合金及其制备方法。其特点是，按重量百分比计组成为：0.05～0.15%Fe，0.015～0.06%P，0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，其它杂质元素的总含量不大于0.2%，余量为Cu。本发明提供了一种高强度、高导电率的铜基合金，能同时具有高的强度和导电率。熔炼后这几种元素在铜基体中形成复杂的有序的复合结构，经时效后，极大的提高了C19210合金的硬度和导电率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度高导电铜基合金及其制备方法。
背景技术
目前铜基引线框架材料主要是采用复杂合金化原则，在牺牲导电率的前提下，提高合金的强度和综合性能。目前，国内外开发的引线框架用铜合金已有百余种，按材料的性能基本可分为高导电型、中导电中强度型、低导电中强度型和高强度型。目前大量使用的只有C19210、C1220和Cl9400三种。其中Cu-Fe-P系的C19210（Cu-0.1Fe-0.03P）是最具代表性的高导电材料之一，其导电率约为85%IACS，强度约400MPa，硬度HV120左右。但是这些材料都在强度和导电率上不能兼顾，从而限制了各自的应用领域。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高强度高导电铜基合金，该铜基合金能同时具有高强度和高导导电率；
本发明的目的之二是提供一种上述铜基合金的制备方法。
一种高强度高导电铜基合金，其特别之处在于，按重量百分比计组成为：0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，余量为Cu。
一种高强度高导电铜基合金，其特别之处在于，按重量百分比计组成为：0.05～0.15%Fe，0.015～0.06%P，0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，其它杂质元素的总含量不大于0.2%，余量为Cu。
一种高强度高导电铜基合金的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
（1）配料：将阴极铜、铜铁中间合金、铜磷中间合金、电解镍、锌、锡按照一定的比例配比，保证合金成分范围如下：0.05～0.15%Fe，0.015～0.06%P，0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，其他杂质元素的总含量不大于0.2%，余量为Cu；
（2）熔炼：将配好的阴极铜、铜铁中间合金、铜磷中间合金、电解镍、锌、锡分别装入中频真空感应电炉进行熔炼，其中熔化时间为20～40min，保温5～20min，熔炼温度控制在1240～1320℃之间；
（3）铸造：采用液压半连续铸造，埋管浇注，铸锭规格为板坯锭，铸造时控制温度1280±40℃，铸造速度40-80mm/min，冷却水流量8-12m3/h；
（4）热加工：坯锭在箱式电阻炉中加热，控制温度在850～925℃，保温6～8小时，然后进行热轧，轧制终了进行在线固溶处理；
（5）冷加工：将在线固溶处理后的物料进行表面机加工处理，除去坯料表面的氧化层，然后进行冷轧，单个轧制的加工率为50～95%，之后再进行退火或冷加工；
（6）时效处理：将轧至成品厚度的物料进行时效处理，时效温度为400～600℃，等到温后将装炉，再次到温时开始计时，保温90～300min，出炉后在空气中自然冷却。
本发明提供了一种高强度、高导电率的铜基合金，能同时具有高的强度和导电率。其原理是以铜合金为基础，添加镍、锌、锡三种元素，添加元素中，铁元素能够有细化晶粒、延缓再结晶过程，提高强度与硬度作用；磷元素能够加速固溶体分解，生成分布于晶界的易熔物，降低合金的热硬性，提高切削加工能力；锌元素能够提高合金的流动性，缩小结晶温度区间，减轻逆偏析；锡元素能够延迟过饱和固溶体分解，显著抑制晶界的不连续沉淀，防止过时效；镍元素能够提高合金的时效硬化效果。熔炼后这几种元素在铜基体中形成复杂的有序的复合结构，经时效后，极大的提高了C19210合金的硬度和导电率。
具体实施方式
实施例1：
1、按照配比方式，将3937.5公斤标准阴极铜（根据新国标GB/T467—1997阴极铜）、45.5公斤CuFe10铜铁中间合金、12.2公斤CuP12铜磷中间合金、0.6公斤Ni9950电解镍、2.72公斤H62黄铜、1.04公斤Sn99.95A纯锡配好，放入熔炼炉中进行熔化，其熔化温度为1280±10℃，保温时间20min。
2、将保温好的铜液采用液压半连续铸造，埋管浇注，浇铸成210×430×4500mm的板坯锭，铸造时控制温度1280±40℃，铸造速度60mm/min，冷却水流量12m3/h。
3、将铸造出的铸锭放入步进式加热炉中加热，温度为880±10℃，保温时间为8小时。然后出炉热轧至15mm厚，进行在线淬火处理。
4、在带坯铣面机上铣掉物料表面的氧化层，在粗轧机上轧至5mm厚，单个轧程的加工率为64%，然后进行中间退火。退火温度为450℃，物料随炉升温，到温后开始计时，保温10小时后出炉冷却。
5、中间退火后，进行表面处理。表面处理。其工艺条件为：DC-362脱脂剂浓度：0.2%～5%；浓硫酸浓度：5～10%；JDS-8铜抗氧化剂浓度：0.5～2%。表面处理后直接轧至成品厚度0.381mm，加工率为92%。
6、将轧至成品厚度的物料进行时效处理。时效温度为550℃。等炉温升至550℃稳定后将物料装炉，等温度再到550℃时开始计时，保温210min，出炉后在空气中自然冷却。
检测其化学成分，结果如表1-1。导电率、抗拉强度、硬度等性能指标如表1-2。
实施例2：
1、按照配比方式，将3899.7公斤标准阴极铜、87.3公斤CuFe5铜铁中间合金、8.3公斤CuP14铜磷中间合金、0.6公斤Ni9990电解镍、3.1公斤H62黄铜、1.0公斤Sn99.95AA纯锡配好，放入熔炼炉中进行熔化，其熔化温度为1280±10℃，保温时间20min。
2、将保温好的铜液采用液压半连续铸造，埋管浇注，浇铸成210×430×4500mm的板坯锭，铸造时控制温度1280±40℃，铸造速度60mm/min。
3、将铸造出的铸锭放入步进式加热炉中加热，温度为880±10℃，保温时间为8小时。然后出炉热轧至15mm厚，进行在线淬火处理。
4、在带坯铣面机上铣掉物料表面的氧化层，在粗轧机上轧至5mm厚，单个轧程的加工率为64%，然后进行中间退火。退火温度为450℃，物料随炉升温，到温后开始计时，保温10小时后出炉冷却。
5、中间退火后，进行表面处理。表面处理。其工艺条件为：DC-362脱脂剂浓度：0.2%～5%；浓硫酸浓度：5～10%；JDS-8铜抗氧化剂浓度：0.5～2%。表面处理后直接轧至成品厚度0.5mm，加工率为90%。
6、将轧至成品厚度的物料进行时效处理。时效温度为550℃。等炉温升至550℃稳定后将物料装炉，等温度再到550℃时开始计时，保温210min，出炉后在空气中自然冷却。
检测其化学成分，结果如表2-1。导电率、抗拉强度、硬度等性能指标如表2-2。
表1-1成分检测
| 检测元素 | Fe | P | Ni | Sn | Zn |
| 检测结果 | 0.13 | 0.039 | 0.013 | 0.022 | 0.012 |
表1-2物理性能
| 性能 | 导电率%IACS | 抗拉强度MPa | 屈服强度Mpa | 硬度HV |
| 检测值 | 90.2 | 460 | - | 161 |
表2-1成分检测
| 检测元素 | Fe | P | Ni | Sn | Zn |
| 检测结果 | 0.12 | 0.036 | 0.012 | 0.024 | 0.012 |
表2-2物理性能
| 性能 | 导电率%IACS | 抗拉强度MPa | 屈服强度Mpa | 硬度HV |
| 检测值 | 91.2 | 466 | - | 165 |
从上表中可以看出，本发明的铜基合金在提高导电率的同时还提高了硬度，能够满足高端领域内框架引线材料的更高要求，提升国内外装备制造水平。
Claims (3)
1.一种高强度高导电铜基合金，其特征在于，按重量百分比计组成为：0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，余量为Cu。
2.一种高强度高导电铜基合金，其特征在于，按重量百分比计组成为：0.05～0.15%Fe，0.015～0.06%P，0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，其它杂质元素的总含量不大于0.2%，余量为Cu。
3.一种高强度高导电铜基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配料：将阴极铜、铜铁中间合金、铜磷中间合金、电解镍、锌、锡按照一定的比例配比，保证合金成分范围如下：0.05～0.15%Fe，0.015～0.06%P，0.008～0.045%Zn，0.005～0.05%Sn，0.005～0.04%Ni，其他杂质元素的总含量不大于0.2%，余量为Cu；
（2）熔炼：将配好的阴极铜、铜铁中间合金、铜磷中间合金、电解镍、锌、锡分别装入中频真空感应电炉进行熔炼，其中熔化时间为20～40min，保温5～20min，熔炼温度控制在1240～1320℃之间；
（3）铸造：采用液压半连续铸造，埋管浇注，铸锭规格为板坯锭，铸造时控制温度1280±40℃，铸造速度40-80mm/min，冷却水流量8-12m3/h；
（4）热加工：坯锭在箱式电阻炉中加热，控制温度在850～925℃，保温6～8小时，然后进行热轧，轧制终了进行在线固溶处理；
（5）冷加工：将在线固溶处理后的物料进行表面机加工处理，除去坯料表面的氧化层，然后进行冷轧，单个轧制的加工率为50～95%，之后再进行退火或冷加工；
（6）时效处理：将轧至成品厚度的物料进行时效处理，时效温度为400～600℃，等到温后将装炉，再次到温时开始计时，保温90～300min，出炉后在空气中自然冷却。
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