CN104513913B

CN104513913B - 传感器用高强度铜合金材料

Info

Publication number: CN104513913B
Application number: CN201410642590.8A
Authority: CN
Inventors: 禹胜林
Original assignee: Wuxi Nuist Weather Sensor Network Technology Co Ltd
Current assignee: Deliya Electronic Sci. & Tech. Co., Ltd., Harbin
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN104513913A

Abstract

传感器用高强度铜合金材料，主要包括金属铜元素，还包括锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍和稀土金属元素，上述各成分在铜合金材料中的重量百分比例分别为：锌：15%~19%，铁：0.4%~1.4%，铝：0.25%~0.3%，钙：0.5%~0.8%，碲：0.03%~0.05%，硒：0.03%~0.05%，锑：0.03%~0.12%，锡：0.3%~1.0%，镍：2.2%~3.2%，稀土金属元素：1%~2%。本发明的高强度铜合金材料具有660MPa～720MPa的0.13％～0.27％屈服强度、4.5％以上的伸长率以及25％~29％IACS的导电率的性能。

Description

传感器用高强度铜合金材料

技术领域

本发明涉及传感器用高强度铜合金材料，它是一种适用于传感器芯片的铜合金，属于金属材料领域。

背景技术

铜合金被广泛应用于汽车部件、家电部件、电气、电子、光学部件、配管构件、水暖金属件或者各种阀门等。且由于近年来全球变暖，强烈要求制品或者构件的小型、轻量化和薄壁化，在比重比铁大的铜合金中，需要通过高强度化来应对上述要求。

尤其在气象机械、气象光学仪器领域，对仪器的重量有着较高的要求，以及对仪器的精密程度要求较高，就需要使用高强度的且轻质的合金材料，很多气象观测站，由于地域、交通的限制，不能够满足较重仪器的搬运和安装，仪器更换也存在很大的难度，这就需要在仪器的配备上有着较高的要求，仪器的精密度，以及仪器的使用寿命要求高。对于仪器制作时使用的材料，尤其是传感器，以及数据采集芯片使用的铜合金的要求很高，传统的简单的铜合金材料基本无法满足要求。传统的铜合金不仅在质量重、感应的灵敏度差以及能够被使用的次数少，不能满足气象领域的仪器使用要求。

高导高强铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，广泛应用于电阻焊、电力、电子、机械制造等工业领域。

现有的晶体管、IC等半导体，或集成电路等组件，其连结电极与外部导线一般是以高纯度4N系(纯度＞99.99mass(质量)％)的黄金与其他微量金属元素制成的金线作为电性连接的接合线，然而，由于黄金较高的价格，以及黄金市场的不稳定性，在考虑成本和行业风险的情况下，使用黄金存在一定的弊端，不利于工业化应用和大规模的生产。使用铜合金替代高价位的高纯度4N系(纯度＞99.99mass(质量)％)的黄金与其他微量金属元素制成的金线作为电性连接的接合线成为业内人士考虑的方向。使用铜合金时，由于封装用树脂与导线的热膨胀系数差异过大，随着半导体启动后温度上升，因热形成的体积膨胀对形成回路的铜接合线产生外部应力，特别是对暴露于严酷的热循环条件下的半导体组件，容易使铜接合线产生短线的问题。

用于作为载流部件(例如连接件、引流框、继电器和开关)的电气和电子部件的材料具有良好的电导率，以抑制因为载流而产生焦耳热，要求所使用的材料的高强度能承受在使用此材料的电气和电子设备的组装和运行过程中向其施加的应力。用于电气和电子部件的材料还要求具有极佳的可弯曲加工性，而且，为了确保电气和电子部件之间的接触可靠性，要求用于该部件的材料具有极佳的耐应力松弛性。尤其近年来，电气和电子部件存在集成化、微型化和轻质化的倾向，碎玉材料的性能要求更高，铜合金板的厚度要变薄，强度以及敏感度要求更高。

发明人通过检索得到专利号为2010800134044，发明名称为高度强铜合金专利，该铜合金中的组分为锌20％～45％、铁0.3～1.5％、铬0.3～1.5％，余量为铜，且该铜合金内部分散有铁-铬系化合物粒子和Al2Ca的金属间化合物粒子，以重量标准计所述铁相对于所述铬的含有比率Fe/Cr为0.5～2。在具体实施例中公布了抗拉强度和破断延伸率的试验数据，但是对于这种配比的铜合金材料，只能通过使用该专利中公开的制作方法来得到，对于铜合金材料内部的成型结构，无法实现具体控制，且该铜合金材料的抗变形系数，以及导电系数并不能达到在气象机械的传感器中的要求，无法应用到气象机械的传感器中，无法解决减轻气象机械的重量和提高气象机械的传感灵敏度的问题。

发明人还检索到申请号为201110228500.7，发明名称为一种铜合金材料的发明专利，该发明公开的铜合金材料，由以下以重量百分比计的原料制成：Pb0.641％～0.704％，Si 1.23％～1.36％，Mn1.94％～2.32％，Ni 1.95％～2.21％，Fe0.093％～0.153％，Sn0.025％～0.048％，Zn35.3％～35.76％，Cu余量。该发明的铜合金材料具有高强度、耐磨、耐腐蚀、延展性好、易加工、不易拉脱等优点，适合于制造高压柱塞泵的核心零件如滑靴和配流盘。但是这种铜合金材料的导电性能不好，不适应于制作传感器部件，尤其不适应于制作气象领域的传感器。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种传感器用高强度铜合金材料，具体技术方案为：

传感器用高强度铜合金材料，主要包括金属铜元素，是还包括锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍和稀土金属元素，上述各成分在铜合金材料中的重量百分比例分别为：锌：35％～39％，铁：0.4％～1.4％，铝：0.25％～0.3％，钙：0.5％～0.8％，碲：0.03％～0.05％，硒：0.03％～0.05％，锑：0.03％～0.12％，锡：0.3％～1.0％，镍：2.2％～3.2％，稀土金属元素：1％～2％。

所述稀土金属元素选用镧元素。

所述铜合金材料还包含有铋元素，铋元素在铜合金材料中的重量百分比例分别为0.01％～0.03％。

所述铜合金材料还包含有铊元素，铊元素在铜合金材料中的重量百分比例分别为

0.02％～0.1％。

所述铜合金材料中各成分的重量百分比例分别为：

锌：36％～38％，铁：0.6％～1.2％，铝：0.27％～0.29％，钙：0.6％～0.7％，碲：0.035％～0.045％，硒：0.035％～0.045％，锑：0.06％～0.09％，锡：0.5％～0.8％，镍：2.5％～2.9％，镧：1.2％～1.8％，铋：0.015％～0.025％，铊：0.05％～0.07％。

所述铜合金材料中各成分的重量百分比例分别为：

锌：37％，铁：0.9％，铝：0.28％，钙：0.65％，碲：0.04％，硒：0.04％，锑：0.08％，锡：0.65％，镍：2.7％，镧：1.5％，铋：0.02％，铊：0.06％。

本发明的有益效果为：

本发明中加入质量百分比达2.2％～3.2％的镍，可提高铜合金材料的强度，本发明中加入质量百分比达35％～39％锌，锌是固熔强化元素，提高合金强度和耐蚀性，锌同时使铜合金材料变白，外观更加美观，碲、硒、锑、锡、镍、镧、铋和铊的加入进一步提高铜合金材料的强度性能。

本发明的高强度铜合金材料具有660MPa～720MPa的0.13％～0.27％屈服强度、4.5％以上的伸长率以及25％～29％IACS的导电率的性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明主要包括金属铜元素，还包括锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍和稀土金属元素，稀土金属元素优选使用镧元素，本铜合金材料还优选包含有铋元素和/或铊元素。

实施例1：

传感器用高强度铜合金材料包括锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍、镧、铋和铊，上述各成分在铜合金材料中的重量百分比例分别为：

锌：35％，铁：0.4％，铝：0.25％，钙：0.5％，碲：0.03％，硒：0.03％，锑：0.03％，锡：0.3％，镍：2.2％，镧：1％，铋：0.01％，铊：0.02％～。

其他成分均为铜元素。

实施例2：

锌：39％，铁：1.4％，铝：0.3％，钙：0.8％，碲：0.05％，硒：0.05％，锑：0.12％，锡：1.0％，镍：3.2％，镧：2％，铋：0.03％，铊：0.1％。

其他成分均为铜元素。

实施例3：

锌：36％，铁：0.6％，铝：0.27％，钙：0.6％，碲：0.035％，硒：0.035％，锑：0.06％，锡：0.5％，镍：2.5％，镧：1.2％，铋：0.015％，铊：0.05％。

其他成分均为铜元素。

实施例4：

锌：38％，铁：1.2％，铝：0.29％，钙：0.7％，碲：0.045％，硒：0.045％，锑：0.09％，锡：0.8％，镍：2.9％，镧：1.8％，铋：0.025％，铊：0.07％。

其他成分均为铜元素。

实施例5：

本发明的高强度铜合金锻造材料可通过普通的方法制造。

本发明的铜合金材料可通过普通的方法制成铸块。例如，可在真空气氛、惰性气氛、大气气氛等下熔化材料以获得铸块，气氛优选为真空气氛或惰性气氛。例如，还可以在大气高频炉中将铜合金制成铸块，此外，可使用电渣重熔炉等进行二次熔化。还可以通过连续铸造方法获得板材。

根据需要对铜合金进行加工。在本发明的铜合金材料对加工的参数没有特别限制，且即使当使用任何加工方法时，也可以获得本发明的性能。但是考虑到生产率，加工优选为热加工，且优选为在1200℃以上进行的热加工。通过室温下的加工也可以获得与热加工类似的性能。也可以是热加工和冷加工的组合加工。优选900℃以上的热锻造，热锻造方法可使用挤压、锤锻或轧制。

本发明的铜合金材料还可以在加工之后或在加工期间对被加工的铜合金材料进行固溶处理。固溶处理的条件优选为在900～980℃下保持3～9小时，然后在400℃以上的温度范围内以5～10℃/秒以上的冷却速率进行冷却，以使碲、硒、锑、锡、镍、镧、铋和铊充分固溶。

在固溶处理之后或在加工之后，可以对被加工的铜合金材料进行老化处理。老化处理的条件优选为在350～390℃下保持4～9小时。

本发明的高强度铜合金材料具有作为锻造材料的优异性能，但是，在本发明的组成中，即使不进行加工如锻造的铸造材料也可以提供良好的性能，尤其是屈服强度。

下面对上述5个实施例组分的铜合金材料进行制作测试样板，测试样板的制作工艺一致，尺寸规格一致，可制作成长125cm，宽20cm，厚度3cm的测试样板，测试结果汇总于下表：

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.传感器用高强度铜合金材料，其特征是由金属铜元素和锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍、镧、铋、铊组成，所述锌、铁、铝、钙、碲、硒、锑、锡、镍、镧、铋、铊在铜合金材料中的重量百分比例分别为：锌：37%，铁：0.9%，铝：0.28%，钙：0.65%，碲：0.04%，硒：0.04%，锑：0.08%，锡：0.65%，镍：2.7%，镧：1.5%，铋：0.02%，铊：0.06%。