CN103773991B

CN103773991B - 一种高强导电铜棒材料及制备方法

Info

Publication number: CN103773991B
Application number: CN201410076173.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋晓龙; 赵浩峰; 王玲; 潘子云; 谢艳春; 龚国庆; 雷霆; 何晓蕾; 徐小雪; 柯维雄; 陆阳平; 邱奕婷; 王易秋; 宋超; 郑泽昌; 赵佳玉; 赵圣哲
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Changshu Zijin Intellectual Property Service Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103773991A

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种高强导电铜棒材料及制备方法。本发明提供一种高强导电铜棒材料，该材料具有高的导电性；本发明还提供一种高强导电铜棒材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.01-0.05%，Lu 0.01-0.05%，Fe 0.01-0.044%，Al 0.6-0.9%，其余为Cu。

Description

一种高强导电铜棒材料及制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种高强导电铜棒材料及制备方法。

背景技术

CN02148648.4高强度高导电稀土铜合金及其制造方法，涉及一种用于引线框架、电极合金及微电子封装材料等高强度高导电用铜合金及其制造技术。该发明是在传统的CuCrZr合金的基础上添加微量合金元素La、Zn以及Fe(或Co)和Ti，并通过热轧、固溶处理、冷轧、时效等工艺，使其合金的综合性能达到了平衡，虽然电导率、抗拉强度和硬度与传统的CuCrZr合金相比，有明显提高，但是导电率低。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高强导电铜棒材料，该材料具有高的导电性。

本发明的另一目的是提供一种高强导电铜棒材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明技术方案如下：

一种高强导电铜棒材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为：La 0.01-0.05%，Lu 0.01-0.05%，Fe 0.01-0.044%，Al 0.6-0.9%，其余为Cu。

一种高强导电铜棒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）首先按照上述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

2）然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5-8×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310℃后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-5分钟内将步骤2）熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒；浇注完成10-20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120℃，保温20-30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在830-900℃，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20-35℃，淬火液为重量百分数15-20%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380-440℃保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。

步骤3）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比膨润土粉3-4%，高岭石粉3-4%，水6-8%，硼酸1-2%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

所述膨润土的化学式为（Al₂,Mg₃）Si₄O₁₀OH₂·nH₂O，高岭石的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；锆英砂的成分为ZrO₂：65-68%，其余为SiO₂；膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米；锆英砂粒200-250微米。

步骤3）中导电铜棒的直径为10-15mm，长度为100-250mm。

步骤3）中热态塑性变形的变形率为5-15%。

本发明的有益效果：

本发明通过添加 La 、Lu元素起脱氧脱氢脱硫及除去低熔点杂质元素作用，提高材料的导电性能，La 、Lu元素可细化晶粒，改善材料的塑性，提高冷热加工性能，同时提高材料强度，Al和 Fe元素可固溶强化铜材料。

与现有技术相比，本发明的材料具有优异导电性能、良好的机械性能。本发明制备中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外合金经过较为快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。

本发明铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出。待硬化的铸型达到室温后，再将铸型放入充满液氮的容器，停留20-30分钟。然后取出，在3-5分钟内将熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒。本发明合金采用快速冷却、低温深冷、热处理和合金化结合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保证化学成分的均匀分布，保证了合金的磁性能，也通过梯度处理大大降低了快速冷却造成的内应力，也保证了合金的力学性能。

该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明高强导电铜棒材料可以应用于电讯器材领域，可用于电子行业的引线框架、电极合金及连接器等的广泛应用。

本发明高强导电铜棒材料性能见表一。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的材料组织图。

由图1可见，本发明制备的组织均匀致密。

具体实施方式

以下各实施例中所用原料均如下：

膨润土的化学式为（Al₂,Mg₃）Si₄O₁₀OH₂·nH₂O；

高岭石的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；

膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米。

锆英砂的成分为ZrO₂：65-68%，其余为SiO₂；锆英砂粒200-250微米。

实施例一：

本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.01%，Lu 0.01%，Fe 0.01%，Al 0.6%，其余为Cu。

本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤：

2）然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280℃后，保温15分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比膨润土粉3%，高岭石粉3%，水6%，硼酸1%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120℃炉中硬化20分钟取出，冷却至室温；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20分钟后取出，取出后在3分钟内将步骤2）熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为10mm，长度为100mm；浇注时型腔内的温度为-170～-180℃，浇注完成10分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110℃，保温20分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在830℃，热态塑性变形的变形率为5%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20℃，淬火液为重量百分数15%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380℃保温5小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。

实施例二：

本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.05%，Lu 0.05%，Fe 0.044%，Al 0.9%，其余为Cu。

本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤：

2）然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到8×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1310℃后，保温25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比膨润土粉4%，高岭石粉4%，水8%，硼酸2%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于130℃炉中硬化30分钟取出，冷却至室温；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留30分钟后取出，取出后在5分钟内将步骤2）熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为15mm，长度为250mm；浇注时型腔内的温度为-170～-180℃，浇注完成20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至120℃，保温30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在900℃，热态塑性变形的变形率为15%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为35℃，淬火液为重量百分数20%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在440℃保温7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。

实施例三：

本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.04%，Lu 0.03%，Fe 0.03%，Al 0.8%，其余为Cu。

本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤：

2）然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到6×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1300℃后，保温20分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比膨润土粉3.5%，高岭石粉3.5%，水7%，硼酸1.5%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于125℃炉中硬化25分钟取出，冷却至室温；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留25分钟后取出，取出后在4分钟内将步骤2）熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为13mm，长度为200mm；浇注时型腔内的温度为-170～-180℃，浇注完成15分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至115℃，保温25分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在870℃，热态塑性变形的变形率为10%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为30℃，淬火液为重量百分数17%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在400℃保温6小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。

实施例四：（成份配比不在本发明设计方案内）

本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.005%，Lu 0.005%，Fe 0.004%，Al 0.5%，其余为Cu。

本发明高强导电铜棒材料的制备方法步骤同实施例一。

实施例五：（成份配比不在本发明设计方案内）

本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La 0.06%，Lu 0.06%，Fe 0.07%，Al 1%，其余为Cu。

本发明高强导电铜棒材料的制备方法步骤同实施例一。

表一：

由上表可以看出，材料中添加La、Lu、Fe、Al元素有助于合金性能的提高。但是超出本案规定的范围，性能非但没提高，反而降低。原因是元素过多，会反应形成过多化合物，也降低了合金元素的有效作用。

Claims

1.一种高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1)首先各成分的重量百分含量为：La 0.01-0.05％，Lu 0.01-0.05％，Fe0.01-0.044％，Al 0.6-0.9％，其余为Cu进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入，纯度均大于99.9％；

2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5-8×10^-2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310℃后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中；

3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-5分钟内将步骤2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒；浇注完成10-20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120℃，保温20-30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在830-900℃，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20-35℃，淬火液为重量百分数15-20％碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380-440℃保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。

2.根据权利要求1所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是：步骤3)中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比膨润土粉3-4％，高岭石粉3-4％，水6-8％，硼酸1-2％，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

3.根据权利要求2所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是：所述膨润土的化学式为(Al₂,Mg₃)Si₄O₁₀OH₂·nH₂O，高岭石的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈；锆英砂的成分为ZrO₂：65-68％，其余为SiO₂；膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米；锆英砂粒200-250微米。

4.根据权利要求1所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是：步骤3)中导电铜棒的直径为10-15mm，长度为100-250mm。

5.根据权利要求1所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是：步骤3)中热态塑性变形的变形率为5-15％。