CN106399751A - 一种高强高导铜合金的制备方法 - Google Patents

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朱茂兰
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    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种高强高导铜合金的制备方法，先将不同质量比的金属按照一定的次序加入坩埚中进行熔炼；熔炼后浇铸成合金铸坯；将合金铸坯依次进行铣面、热轧、退火、冷轧、一次时效处理、冷轧、二次时效处理、酸洗、成品退火等工序的处理后获得具有高强度和高导电性的合金带材。该方法通过添加微量合金元素在不改变C7025铜合金生产工艺流程的前提下，可显著提高Cu‑Ni‑Si合金的强度和导电性，符合现代引线框架材料的发展需求。

Description

一种高强高导铜合金的制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金材料的制备加工技术，特别涉及一种高强高导铜合金的制备方法。
背景技术
高强度高弹性铜合金材料被广泛地应用于电子、电力、轻工等领域，特别是铜合金以优良的导电导热性且价格低廉已成为理想的引线框架材料。铜镍硅是一种沉淀强化型合金，由于其具有高强度、高弹性、较好的导电性能及良好的抗应力松弛性能，可广泛地用于制造仪器、仪表和电器中的各种弹性元器件。近年来，随着电子信息，现代通信、交通、电力等工业发展，对高强高弹等高性能铜合金提出了更高的要求，如：在温室和高温下保持的导电、导热性、硬度好，具有良好的变形和加工性能等。为此，许多学者通过添加Co、Zn、P、Cr、Al等元素试图开发新一代高强高弹铜合金：如美国专利No.6506269公开了具有控制添加量的镍、钴、硅和镁或磷两者之一的铜合金，该专利采用低温方法处理铜合金是报道示例铜合金的导电性为51.5%IACS，抗拉强度为905Mpa，但是低温方法对铜合金实施过量的冷加工，不仅加工格成本高，且可能会导致应力松弛抗力下降；专利CN102560191A公开了一种高性能弹性铜合金及其制备和加工方法，该专利在铜镍钴硅合金中控制添加Mg、Ag、Sn、RE等元素来制备高性能铜合金，其报道示例铜合金的导电性为52%IACS，抗拉强度为910Mpa，但该合金添加剂中Ag、RE价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产成本低、综合性能好的高强高导铜合金的制备方法，所制得的铜合金材料具有高强度、高导电性、耐热性好的特点，能适应现代电子元件对材料的要求。
为实现上述目的，本发明一种高强高导铜合金的制备方法通过往Cu-Ni-Si合金中再添加合金元素Co 、Cr 、V 、Zn 和Al，以提高合金材料的综合性能，操作步骤如下：
（1）将原料按照质量百分比为Ni 0.5%~3.5%、Si 0.3%~1%、Co 0.3%~1.2%、Cr 0.01%~0.3%、V 0.01%~0.2%、Zn 0.01%~0.4%、Al 0.01%~0.1%、其余为铜的比例进行配料，再投料、熔炼和浇铸；
（2）铣面；
（3）热轧；
（4）退火；
（5）冷轧；
（6）一次时效处理；
（7）冷轧；
（8）二次时效处理；
（9）酸洗；
（10）成品退火，获得高强高导铜合金产品。
所述步骤（1）中的投料顺序为：先加入Cu和Ni，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，最后出炉浇铸。
所述步骤（1）中熔炼温度为1050℃~1400℃，浇铸温度为1000℃~1200℃。
所述步骤（3）中热轧温度为750℃~980℃。
所述步骤（4）中退火温度为900℃~1000℃，时间为0.5~8 h。
所述步骤（6）中一次时效处理温度为350℃~600℃，时间为1~15 h。
所述步骤（8）中二次时效处理温度为300℃~500℃，时间为1~15 h。
上述高强高导铜合金的制备方法通过在Cu-Ni-Si合金中添加Co、Al、Zn、V等微量元素能有效的提高合金的性能：添加少量Zn能阻止脆性金金属化合物(Cu2Sn)的形成，改善铜合金与焊料的结合；添加少量的Cr元素，可以和剩余的Si元素形成Cr3Si粒子，消除了基体中残余Si元素对导电率的影响；添加A1元素能使Cu-Ni-Si中的强度提高。故本发明通过适量添加几种微量元素，来提高铜合金的导电性和强度，进一步提升Cu-Ni-Si合金的性能。
本发明一种新型高强高导电铜合金的制备方法，能细化铜合金晶粒，提高合金强度，净化铜基体，提高合金导电性，具有以下有益效果：
（1）本发明制得的高强度高导电铜合金抗拉强度σb可达到790~960Mpa，塑性延伸率δ为3%~10%，电导率为38%~56% ICAS。
（2）本发明制得的铜合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性好，并兼备了高电性的优点。
（3）本发明通过添加微量合金元素在不改变C7025铜合金生产工艺流程的前提下，可显著提高Cu-Ni-Si合金的强度和导电性，符合现代引线框架材料的发展需求。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明一种高强高导铜合金的制备方法作进一步详细说明。
本发明一种高强高导铜合金的制备方法，先按照质量百分比称取原料，再将原料按照一定的次序投料熔炼，随后依次进行浇铸、铣面、热轧、退火、冷轧、一次时效处理、冷轧、二次时效处理、酸洗、成品退火工序；各操作步骤的工艺参数如下：
原料的成分：按照质量百分比为Ni 0.5%~3.5%、Si 0.3%~1%、Co 0.3%~1.2%、Cr 0.01%~0.3%、V 0.01%~0.2%、Zn 0.01%~0.4%、Al 0.01%~0.1%、其余为铜；
投料与熔炼：先加入Cu和Ni，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，熔炼温度为1050℃~1400℃；
浇铸：温度为1000℃~1200℃；
热轧：温度为750℃~980℃；
退火：温度为900℃~1000℃，时间为0.5~8 h；
一次时效处理：温度为350℃~600℃，时间为1~15 h；
二次时效处理：温度为300℃~500℃，时间为1~15 h；
实施例 1
（1）按照质量百分比为Ni 1.9%、Si 0.55%、Co 0.9%、Cr 0.02%、V 0.01%、Zn 0.02%、Al0.02%、其余为铜进行配料；
（2）首先，往坩埚中加入电解铜和电解镍，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，熔炼温度为1050℃~1400℃；
（3）出炉、拔渣、铁模浇铸，浇铸温度控制在1100℃得到合金铸坯；
（4）将获得的合金铸坯进行铣面（上下表面各铣0.9 mm）；随后进行热轧，热轧温度890℃，热轧时间6 h，热轧形变量ε=70%；
（5）将上述的热轧坯放入退火炉中进行退火固溶，退火温度950℃，退火时间3 h，之后取出水冷；
（6）先将水冷铸坯进行一次冷轧，冷轧形变量ε=70%；随后进行一次时效处理，时效温度605 ℃，时效时间 5 h；再进行二次冷轧，冷轧形变量ε=50%；其后进行二次时效，时效温度350 ℃，时效时间 5 h；
（7）将二次时效处理后的带材进行酸洗和成品退火，获得产品。
实施例 2
（1）按照质量百分比为Ni 2.4%、Si 0.55%、Co 0.6%、Cr 0.01%、V 0.02%、Zn 0.02%、Al0.01%、其余为铜进行配料；
（2）首先，往坩埚中加入电解铜和电解镍，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，熔炼温度为1050℃~1400℃；
（3）出炉、拔渣、铁模浇铸，浇铸温度控制在1100℃得到合金铸坯；
（4）将获得的合金铸坯进行铣面（上下表面各铣0.9 mm）；随后进行热轧，热轧温度890℃，热轧时间6 h，热轧形变量ε=70%；
（5）将上述的热轧坯放入退火炉中进行退火固溶，退火温度950℃，退火时间3 h，之后取出水冷；
（6）先将水冷铸坯进行一次冷轧，冷轧形变量ε=70%；随后进行一次时效处理，时效温度610 ℃，时效时间 6 h；再进行二次冷轧，冷轧形变量ε=50%；其后进行二次时效，时效温度345 ℃，时效时间 5 h；
（7）将二次时效处理后的带材进行酸洗和成品退火，获得产品。
实施例 3
（1）按照质量百分比为Ni 1,6%，Si 0.4%、Co 0.9%、Cr 0.03%、V 0.03%、Zn 0.01%、Al0.01%、其余为铜进行配料；
（2）首先，往坩埚中加入电解铜和电解镍，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，熔炼温度为1050℃~1400℃；
（3）出炉、拔渣、铁模浇铸，浇铸温度控制在1100℃得到合金铸坯；
（4）将获得的合金铸坯进行铣面（上下表面各铣0.9 mm）；随后进行热轧，热轧温度890℃，热轧时间6 h，热轧形变量ε=70%；
（5）将上述的热轧坯放入退火炉中进行退火固溶，退火温度950℃，退火时间3 h，之后取出水冷；
（6）先将水冷铸坯进行一次冷轧，冷轧形变量ε=70%；随后进行一次时效处理，时效温度605 ℃，时效时间 5 h；再进行二次冷轧，冷轧形变量ε=50%；其后进行二次时效，时效温度345 ℃，时效时间 5 h；
（7）将二次时效处理后的带材进行酸洗和成品退火，获得产品。
以上三个实施例的处理效果对比见表1，从表1可见三组实施例所获得的合金带材中的抗拉强度与电导率较目前通用的C7025合金材料均有显著提升，且具有较好的延伸率，符合引线框架材料的发展需求。
表1 各实施例效果对比表
性能 延伸率 抗拉强度 电导率
实例1 8% 810 Mpa 51%
实例2 8% 870 Mpa 47%
实例3 7% 790 Mpa 52%
C7025 10% 705 Mpa 40%
表1看出，实施例1获得的铜合金带材的综合性能最好，是最佳实施例。
应当说明的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以根据上述说明加以改进或修饰，所有这些改进或修饰都应落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高强高导铜合金的制备方法，其特征是：通过往Cu-Ni-Si合金中再添加合金元素Co 、Cr 、V 、Zn 和Al，以提高合金材料的综合性能；操作步骤如下：
（1）将原料按照质量百分比为Ni 0.5%~3.5%、Si 0.3%~1%、Co 0.3%~1.2%、Cr 0.01%~0.3%、V 0.01%~0.2%、Zn 0.01%~0.4%、Al 0.01%~0.1%、其余为铜的比例进行配料，再投料、熔炼和浇铸；
（2）铣面；
（3）热轧；
（4）退火；
（5）冷轧；
（6）一次时效处理；
（7）冷轧；
（8）二次时效处理；
（9）酸洗；
（10）成品退火，获得高强高导铜合金产品。
2.如权利要求1所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（1）中的投料顺序为：先加入Cu和Ni，采用质量比为硼砂：玻璃粉=1.8:1的混合物进行覆盖，熔化后再加入Co、Cr、V、Zn和Al，熔炼完成后加入Si，最后出炉浇铸。
3.如权利要求1或2所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（1）中熔炼温度为1050℃~1400℃，浇铸温度为1000℃~1200℃。
4.如权利要求1所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（3）中热轧温度为750℃~980℃。
5.如权利要求1所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（4）中退火温度为900℃~1000℃，时间为0.5~8 h。
6.如权利要求1所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（6）中一次时效处理温度为350℃~600℃，时间为1~15 h。
7.如权利要求1所述高强高导铜合金的制备方法，其特征是：所述步骤（8）中二次时效处理温度为300℃~500℃，时间为1~15 h。
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