CN107523771B - 一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，对固溶后的铜铬锆合金进行等径角挤压处理，在合金材料内部形成大量弥散分布的位错缺陷，而这些缺陷作为后续深冷处理时第二相粒子析出的形核点，有利于析出相的弥散分布，在后续深冷处理时，调控析出相的形核过程；在后续时效处理时，调控析出相的长大过程；从而实现精细调控析出相的数量、尺寸和分布。与现有技术相比较，本发明通过巧妙的设计工艺路线，精细调控析出相的析出行为和析出状态，避免了多次固溶和时效以及合金元素掺杂等工艺带来的复杂性和成本问题，并首次原位增强铜铬锆合金高温耐软化性能。

Description

一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，尤其涉及一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法。

背景技术

随着功率器件的发展和IC集成度的提高，单位空间内芯片的发热量越来越高，为确保芯片在服役周期内的稳定性，支撑芯片的引线框架材料需同时具备高的导电性、导热性、耐热性和优异的力学性能。特别值得注意的是引线框架材料在高温下的耐热性，随着芯片工作温度升高，引线框架材料需具备高温条件下的抗变形能力和一定的耐软化性。

铜铬锆合金是一种可同时实现高强高导电性能的铜合金材料，通过基本的固溶处理和时效处理，可在材料内部析出强化型的第二相，与此同时降低基体对电子的散射作用，同时实现高的强度和高的导电性。铜铬锆合金的析出相是提高其强度的主要因素，通过调控合金中第二相的析出行为和析出状态，可调控和优化合金的强度，尤其是高温耐软化性能，现有技术中尚没有关于如何调控析出相以原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法。

现有技术中关于研究铜铬锆合金高温力学性能的方法，目前主要包括：多级工艺、多次时效和添加合金元素等方法。如中国专利201210374528.6“一种高强高导稀土铜合金及其制备方法”和201310288401.7“一种高强、高导电、高延伸性稀土铜合金及其制备方法”，就是通过添加一种或多种稀土元素并结合多次冷轧变形和多次时效处理，分别制备出软化温度大于450℃和大于520℃的铜铬锆合金；而专利201510976079.6“高强度高导电铜铬锆合金及其板带的制备方法”，则是通过添加一般合金元素如Ti、Mn、Ca等元素，并结合多次固溶、多次冷轧和多次时效交叉进行的处理工艺，制备出软化温度大于500℃的铜铬锆合金；同样的，专利201610391743.5“一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金及其加工工艺”和专利201510986599.5“一种铜铬锆合金及其制备方法”，都是通过添加不同组分合的合金元素，通过形成强化相等而提升合金的高温强度。

而其他关于高强高导铜铬锆合金的制备方法，如中国专利201310753703.7“一种高导电率的高强度铜铬锆合金细线导体的制备方法”，就是基于多级轧制、拉拔和逐级时效、固溶的方式调控合金中析出相的形状、尺寸和分布以获得优良的导电性和力学性能；而专利201610055508.0“一种高速铁路电网接触线用高强高导铬锆铜合金的制备方法”和专利201110037687.2“一种高强度高导电率铜合金的制备方法”，都是基于常规的固溶+变形+时效等处理工艺以优化铜铬锆合金的强度和导电性，并无对析出相的精细调控过程，亦即没有本发明通过深冷来调控析出相形核的过程(主要是形核密度)。另外，专利201310746089.1“一种铜铬锆系合金的双级固溶热处理方法”，则是基于双级固溶的方法以增强铜铬锆合金的强度。

上述所有关于铜铬锆合金制备工艺，尤其是优化其高温力学性能方面的方法，均是通过多级加工、多次固溶和时效等复杂工艺相结合或者添加合金元素等方式实现的，这些都增加了工艺复杂性、时间和成本。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种通过巧妙的设计工艺路线，精细调控析出相的析出行为和析出状态，避免了多次固溶和时效以及合金元素掺杂等工艺带来的复杂性和成本问题，并首次原位增强铜铬锆合金高温耐软化性能的一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法。

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：

一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，其特征在于，

对固溶后的铜铬锆合金进行等径角挤压处理，在合金材料内部形成大量弥散分布的位错缺陷，而这些缺陷作为后续深冷处理时第二相粒子析出的形核点，有利于析出相的弥散分布，

在后续深冷处理时，调控析出相的形核过程；

在后续时效处理时，调控析出相的长大过程；

从而实现精细调控析出相的数量、尺寸和分布。

作为优选，所述固溶后的铜铬锆合金，为经过固溶处理后的市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金。

作为优选，在进行固溶处理之前，将铜铬锆合金经过机械加工制成所需尺寸棒材。

作为优选，所述棒材尺寸为：Φ24.5*200mm。

作为优选，市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金，按重量百分比计，其中：0.2～0.6％为Cr，0.05～0.15％为Zr，其余为Cu。

作为优选，固溶处理的工艺条件为：大气气氛固溶，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，固溶温度为850℃～1000℃，固溶时间为30min～120min，最后取出合金空冷。

作为优选，等径角挤压处理的工艺条件为：20吨液压机挤压，挤压通道直径为25mm，外角20°及内角90°，挤压速度为20～40mm/min，挤压道次为1～8道次，且每道次挤压后按同一方向旋转合金90°。

作为优选，棒材经石墨纸包覆后进行等径角挤压处理。

作为优选，深冷处理的工艺条件为：气冷方式，冷却速度为5℃/min～10℃/min，深冷温度为-100℃～-190℃，深冷时间为1h～12h，最后取出合金置于空气中升至室温。

作为优选，时效处理的工艺条件为：大气气氛，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，时效温度为400℃～500℃，时效时间为1h～4h，最后取出合金空冷。

与现有技术相比较，本发明的技术方案通过巧妙的设计工艺路线，精细调控析出相的析出行为和析出状态，避免了多次固溶和时效以及合金元素掺杂等工艺带来的复杂性和成本问题，并首次原位增强铜铬锆合金高温耐软化性能。

现有所有关于增强铜铬锆合金高温力学性能的方法均没有与本发明相同或相似的地方。本发明在无重复固溶、时效和无合金元素掺杂的条件下，工艺简单，稳定可靠，经济节约。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明样品与常规固溶+时效样品不同温度硬度结果。

图3为常规固溶+时效样品析出相形貌。

图4为本发明实施例3样品析出相形貌。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，包括：

对固溶后的铜铬锆合金进行等径角挤压处理，在合金材料内部形成大量弥散分布的位错缺陷，而这些缺陷作为后续深冷处理时第二相粒子析出的形核点，有利于析出相的弥散分布，

在后续深冷处理时，调控析出相的形核过程；

在后续时效处理时，调控析出相的长大过程；

从而实现精细调控析出相的数量、尺寸和分布。

本发明通过精细调控铜铬锆合金析出相的析出行为和析出状态，原位增强其高温耐软化性。析出相的数量、尺寸和分布是影响铜铬锆合金高温耐软化性能非常关键的因素，简单实验并不能获得可控的析出相，本发明摸索析出相数量、尺寸和分布的工艺优化至关重要。

在上述技术方案的基础上，所述固溶后的铜铬锆合金，为经过固溶处理后的市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金。

即，市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金，进行固溶处理后，即为所述固溶后的铜铬锆合金。真空熔炼法按现有技术实施即可，不再详述。

在上述技术方案的基础上，在进行固溶处理之前，将铜铬锆合金经过机械加工制成所需尺寸棒材。

所述机械加工包括挤压或拉拔。

所述棒材尺寸为：Φ24.5*200mm。

在上述技术方案的基础上，市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金，按重量百分比计，其中：0.2～0.6％为Cr，0.05～0.15％为Zr，其余为Cu。

在上述技术方案的基础上，固溶处理的工艺条件为：大气气氛固溶，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，固溶温度为850℃～1000℃，固溶时间为30min～120min，最后取出合金空冷。

在上述技术方案的基础上，等径角挤压处理的工艺条件为：20吨液压机挤压，挤压通道直径为25mm，外角20°及内角90°，挤压速度为20～40mm/min，挤压道次为1～8道次，且每道次挤压后按同一方向旋转合金90°。

更进一步，棒材经石墨纸包覆后进行等径角挤压处理。

在上述技术方案的基础上，深冷处理的工艺条件为：气冷方式，冷却速度为5℃/min～10℃/min，深冷温度为-100℃～-190℃，深冷时间为1h～12h，最后取出合金置于空气中升至室温。

在上述技术方案的基础上，时效处理的工艺条件为：大气气氛，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，时效温度为400℃～500℃，时效时间为1h～4h，最后取出合金空冷。

以下为具体实施例。

一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，包括以下步骤：

第一步：通过市售或采用真空熔炼法获得所需的铜铬锆合金，其中铜铬锆合金各元素重量百分比为：0.2～0.6％Cr，0.05～0.15％Zr，其余为Cu。

第二步：将上述铜铬锆合金经过挤压或拉拔的工艺制备成Φ24.5*200mm的棒材；

第三步：首先，将上述棒材在大气气氛下，于管式电阻炉中，以10℃/min～15℃/min的升温速率，在850℃～1000℃温度下固溶处理30min～120min，最后取出试样空冷，完成固溶处理；其次，将固溶后的棒材在20吨液压机挤压下，以直径为25mm，外角20°及内角90°的挤压通道，并以20mm/min～40mm/min的挤压速度，室温完成1-8道次的等径角挤压，(每道次挤压后按同一方向旋转试样90°)；再次，将等径角挤压后的棒材，以气冷的方式，并以5℃/min～10℃/min的冷却速度，在-100℃～-190℃的温度下深冷处理1h～12h，然后取出样品置于空气中升至室温；最后，将深冷处理后的棒材，在大气气氛下，于管式电阻炉中，以10℃/min～15℃/min的升温速率，在400℃～500℃的温度范围内，时效处理1h～4h，最后取出试样空冷，并最终得到原位增强高温耐软化性的铜铬锆合金。

以下为各个具体实施例的工艺参数。

以实施例3制备的铜铬锆合金样品为例(实施例1、2与此基本类似且效果相同故不再单独提供实验数据)，以常规固溶+时效铜铬锆合金样品为参照对象，将二者不同温度下的硬度值和两种处理工艺后析出相的形貌相比较，分别参见图2、3、4。

由不同温度下的硬度值变化结果可以看出，常规固溶+时效处理铜铬锆合金的硬度在450℃～500℃之间就发生了明显的降低，对应着合金材料的高温软化现象；而本发明制备的铜铬锆合金，在温度超过500℃之后才发生软化现象，说明其耐软化性能提升，本发明制备出的样品具有更优的高温耐软化性，软化温度大于520℃。

从二者的析出相形貌可以看出，本发明制备的铜铬锆合金，析出相更为均匀、细小和弥散；而常规固溶+时效处理铜铬锆合金的析出相则尺寸较为粗大，在受热后易于进入过时效状态而发生软化现象。

与现有技术相比较，本发明的技术方案通过巧妙的设计工艺路线，精细调控析出相的析出行为和析出状态，避免了多次固溶和时效以及合金元素掺杂等工艺带来的复杂性和成本问题，并首次原位增强铜铬锆合金高温耐软化性能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，其特征在于，

对固溶后的铜铬锆合金进行等径角挤压处理，在合金材料内部形成大量弥散分布的位错缺陷，而这些缺陷作为后续深冷处理时第二相粒子析出的形核点，有利于析出相的弥散分布，

在后续深冷处理时，调控析出相的形核过程；

在后续时效处理时，调控析出相的长大过程；

从而实现精细调控析出相的数量、尺寸和分布，

其中，所述固溶后的铜铬锆合金，为经过固溶处理后的市售或真空熔炼法获得的铜铬锆合金，按重量百分比计，其中：0.2～0.6％为Cr，0.05～0.15％为Zr，其余为Cu；固溶处理的工艺条件为：大气气氛固溶，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，固溶温度为850℃～1000℃，固溶时间为30min～120min，最后取出合金空冷；等径角挤压处理的工艺条件为：20吨液压机挤压，挤压通道直径为25mm，外角20°及内角90°，挤压速度为20～40mm/min，挤压道次为1～8道次，且每道次挤压后按同一方向旋转合金90°；深冷处理的工艺条件为：气冷方式，冷却速度为5℃/min～10℃/min，深冷温度为-100℃～-190℃，深冷时间为1h～12h，最后取出合金置于空气中升至室温；时效处理的工艺条件为：大气气氛，管式电阻炉，升温速率为10℃/min～15℃/min，时效温度为400℃～500℃，时效时间为1h～4h，最后取出合金空冷。

2.根据权利要求1所述的一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，其特征在于，在进行固溶处理之前，将铜铬锆合金经过机械加工制成所需尺寸棒材。

3.根据权利要求2所述的一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，其特征在于，所述棒材尺寸为：Φ24.5*200mm。

4.根据权利要求2所述的一种原位增强铜铬锆合金高温耐软化性的方法，其特征在于，棒材经石墨纸包覆后进行等径角挤压处理。