CN109937262A - 具有高耐热和散热性能的铜合金带材 - Google Patents

具有高耐热和散热性能的铜合金带材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高耐热和散热性能的铜合金带材及其制备方法，所述铜合金带材可适用于广泛地用于包括车辆的工业中的用于屏蔽罐以解决移动装置的发热的材料、用于车辆和半导体引线框架的材料以及用于电气和电子部件(诸如连接器、继电器、开关)的材料等。

Description

具有高耐热和散热性能的铜合金带材
技术领域
本发明涉及一种具有高耐热和散热性能的铜合金带材及其制备方法，所述铜合金带材可适用于广泛地用于包括车辆的工业中的用于屏蔽罐以解决移动装置的发热的材料、用于车辆和半导体引线框架的材料以及用于电气和电子部件(诸如连接器、继电器、开关)的材料等。
背景技术
随着移动产品向高性能和小型化发展，需要有效处理从产品内部产生的热量的材料，即，除了具有高强度之外还具有优异的散热性能的材料。当散热材料用作壳体或罐型部件而不是传统使用的诸如散热片的薄板型部件时，热量在结构上累积在其中，因此需要更好的散热性能。其原因在于，壳体或罐型部件应保护其中提供的主要部件免受外部冲击(强度)，并使从壳体或罐型部件内部产生的热量有效地散出，由此保护主要部件免受内部热量(散热)的影响。
近来，随着电动车辆迅速增加并且内燃机车辆中的电子设备加速，需要开发用于应对高压和高电流的车辆的电气和电子部件，并且所使用的材料不仅需要高电导率，而且还需要对关于高压和高电流以及由于极端环境(诸如车辆发动机舱)而产生的热量的耐热的耐久性。因此，在用于车辆的电气和电子部件的铜合金材料中，根据技术发展应逐渐提高热导率的参考值。
因此，用于电气和电子部件的铜合金材料要求拉伸强度为350MPa或更高，热导率为200W/m·K或更高，并且这些参考值根据部件的技术发展和小型化而趋于逐渐提高。
另外，如果用于电气和电子部件的铜合金材料应用于诸如壳体、罐、连接器、继电器等的加工产品，则用于电气和电子部件的铜合金材料除了机械强度之外，还需要稳定的电源以及热和电信号的传递，并且为了防止由于加工而导致的裂纹，需要优异的可弯曲性。
即，用于电气和电子部件的铜合金材料需要中等水平或更高的强度、高的散热性和电导率、优异的耐热性和优异的可弯曲性。在传统的现有铜合金中，作为接近于满足这些特性的代表性铜合金，存在：(1)具有优异的强度和耐热性的科森基合金；以及(2)在强度与电导率之间具有优异的平衡性的铜-铬(Cu-Cr)基合金的合金。
公开了向科森基(Cu-Ni-Si)合金组分中添加钴的第10-2011-0088595号韩国专利申请(相关文件1)描述了一种制造作为具有优异的强度、电导率和抗疲劳性的铜合金的用于电子材料的铜合金的方法，所述铜合金包括1.0-2.5质量％的Ni、0.5-2.5质量％的Co、0.3-1.2质量％的Si以及余量的Cu和不可避免的杂质，颗粒尺寸为5nm至50nm的颗粒的数密度为1×1012～1×1014/mm3，从母相析出的第二相颗粒之中，颗粒尺寸为5nm或更大且小于20nm的颗粒的数密度与颗粒尺寸为20nm至50nm的颗粒的数密度之比为3-6，并且所述方法包括在热轧后通过将材料加热到950℃至1050℃的温度来执行固溶处理。根据前述专利文件，铜合金可以确保大约850MPa的屈服强度和大约45％IACS的电导率，但是镍和钴的总含量为3.0质量％，因此，为了表现出添加镍、钴和硅的效果，除了热轧之外，还需要在950℃-1050℃的温度下进行固溶处理。另外执行这样的固溶处理，从而使制造工艺复杂化并导致制造成本增加。此外，根据该专利文件的科森基铜合金具有45％IACS的电导率，因此未达到最近所需的电导率水平，即，75％IACS或更高的电导率。
另外，第10-2010-0113644号韩国专利申请(相关文件2)公开了作为通过添加铬和钴而具有改善的特性的高强度和高电导率科森基合金的用于电子材料的铜合金，所述用于电子材料的铜合金包括1.0-4.5质量％的Ni、0.50-1.2质量％的Si、0.1-2.5质量％的Co、0.003-0.3质量％的Cr以及余量的Cu和不可避免的杂质，Ni和Co的总质量与Si的质量的质量浓度比([Ni+Co]/Si)为4-5(4≤[Ni+Co]/Si≤5)，在具有尺寸为0.1μm-5μm的分散颗粒的Cr-Si化合物中，分散颗粒中的Cr与Si的原子百分数比为1-5，Cr-Si化合物的分散密度超过1×104/mm2且为1×106mm2或更小。与相关文件1相似，根据该专利文件的合金可以确保大约800MPa的屈服强度和大约45％IACS的电导率，为了抑制电导率降低，添加铬，与过量添加的硅反应，并由此在基质中产生化合物以提升高电导率。然而，为了表现出添加的元素(即，镍、钴和硅)的特性，在该专利文件中，除了热轧之外，也还需要固溶处理。
第10-2017-0018881号韩国专利申请(相关文件3)公开了作为铜-铬合金的一种铜合金带材，包括0.10-0.50质量％的Cr、0.01-0.50质量％的Mg、选自由包括0.00-0.20质量％的Zr或Ti中的至少一种的第一添加元素组和由0.00-0.50质量％的Zn、Fe、Sn、Ag、Si或Ni中的至少一种组成的第二添加元素组组成的组中的一种、以及余量的Cu和不可避免的杂质，其中，颗粒尺寸为30μm或更小的晶粒在垂直于带材的宽度方向TD的横截面中具有30-70％的面积比。根据该专利文件，当将铜合金带材在150℃的温度下放置1000小时时，铜合金带材的应力松弛率是优异的，即，为20％或更小，当铜合金带材以90°角弯曲时，R/t比为1.0，因此不出现裂纹，但铜合金带材确保430Mpa的相对低的拉伸强度。另外，铜合金带材包括具有高氧化性能的镁作为主要成分，并且包括在添加剂组中具有非常高的氧化性能的锆(Zr)和钛(Ti)，因此，在铸造期间经常引起空气气泡的产生，并且难以获得良好的铸锭。为了解决这样的问题，使用昂贵的真空或半真空铸造炉，或者当带材是使用普通的常压炉的情形时，在铸造期间需要防止添加元素的氧化并增加产品中的他们的残留物的高成本的方法(诸如送丝)，并且预计难以进行熔融合金处理。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种用于包括车辆的设备的电气和电子部件的铜合金带材及其制备方法，所述铜合金带材具有优异的耐热和散热性能、包括车辆的电气和电子部件所需的高强度以及优异的可弯曲性。
技术方案
为了实现这些目的和其他优点，根据本发明的目的，如在此所实施并广泛描述的，用于电气和电子部件的铜合金带材包括0.20-0.40质量％的铬(Cr)、0.01-0.15质量％的钴(Co)以及余量的铜(Cu)和不可避免的杂质，任选地0.00-0.15质量％的选自由硅(Si)、镁(Mg)和锡(Sn)组成的添加元素组中的至少一种。添加元素组包括选择性元素。铜合金带材具有450℃或更高的抗软化温度和280W/m·K或更大的热导率。
钴含量可以在0.05-0.15质量％的范围内。选自所述添加元素组中的所述至少一种的总含量可以在0.05-0.15质量％的范围内。所述铜合金带材的抗软化温度可以为500℃或更高。所述铜合金带材的热导率可以为300W/m·K或更大。所述铜合金带材在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t的比可以为1.0或更小。所述铜合金带材在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t的比可以为0.5或更小。所述铜合金带材的热导率κ(W/m·K)与电导率σ((Ωm)-1)之间的关系可以满足等式κ＝2.24(±0.02)×10-8WΩK-2×1/Ωm×293.15(K)。
根据另一方面，制备用于电气和电子部件的铜合金带材的方法包括在熔化炉中将基于上述铜合金带材的组成的元素熔化以铸造铸锭；在850-1000℃的温度下对所得铸锭进行均质化热处理1-4小时；以40-95％的加工率热轧由前一步骤获得的产品；在完成热轧的同时，在600℃或更高的材料表面处理下，对由前一步骤获得的产品进行水淬火，以进行固溶处理；以87-98％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品；在430-520℃的温度下沉淀热处理由前一步骤获得的产品1-10小时；以及最后以10-70％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品，以生产铜合金带材的成品，其中，铜合金带材的成品在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t的比为1.0或更小。
所述方法还可以包括：在沉淀热处理之后以30-90％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品，并在最后的冷轧之前在550-700℃的温度下中间热处理由前一步骤获得的产品10-100秒。所述铜合金带材的成品在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t的比可以为0.5或更小。
有益效果
根据本发明的铜合金带材具有高耐热和散热性能以及优异的强度和可弯曲性。根据本发明的铜合金带材不仅可以用于传统的电气和电子部件或者平板型部件(诸如散热片)，而且还可以用作罐或壳体(诸如可用于屏蔽电磁波以及用于使各种移动和电子装置的部件散热的屏蔽件)的材料。另外，铜合金带材可以在暴露于高温条件下或者需要长时间的应力维持的产品(诸如连接器、继电器、开关等)中提供强度和电导率的高可靠性。除了上述领域之外，铜合金带材由于其优异的耐热性、散热性、强度和可弯曲性而适用于各种其他领域。
附图说明
图1是示出根据本发明的铜合金带材的样品(实施例11)和传统的铜合金的样品的抗软化温度的曲线图。
图2是表示根据本发明的铜合金带材的样品(实施例2)中的平均尺寸为10nm或更小的细钴沉淀物的TEM照片。
图3示出了表示根据本发明的铜合金带材的样品(实施例11)中的沉淀物的TEM照片，具体地，在图3中，a)表示在Cr3Si化合物中包括大约1质量％的钴且具有大约500nm的尺寸的粗沉淀物的形状和组成，b)表示在Cr3Si化合物中包括大约10质量％的钴且具有200nm或更小的相对小的尺寸的细沉淀物的形状和组成。
具体实施方式
本发明提供了一种具有中等水平或更高水平的强度、高耐热性、高散热性和优异的可弯曲性的用于电气和电子部件的铜合金带材。
根据本发明的铜合金带材包括0.20-0.40质量％的铬(Cr)、0.01-0.15质量％的钴(Co)、0.00-0.15质量％的选自由硅(Si)、镁(Mg)和锡(Sn)组成的添加元素组中的至少一种以及余量的铜(Cu)和不可避免的杂质。添加元素组由选择性元素组成。
另外，所述铜合金带材可以包括0.05-0.15质量％的钴(Co)。所述铜合金带材可以包括0.05-0.15质量％的选自所述添加元素组的所述至少一种。
在下文中，将描述根据本发明的铜合金带材的组分组成。
(1)Cr：0.20-0.40质量％
在根据本发明的铜合金带材中，Cr作为金属Cr或与Si的化合物沉淀，并且有助于改善强度和抗软化性。如果Cr含量小于0.20质量％，则表现出轻微的强度改善效果，但是这样的Cr含量不足以获得本发明的铜合金带材的目标物理性能。另一方面，如果Cr含量超过0.40质量％，则产生许多粗沉淀物，会对可弯曲性带来负面影响，并且不会获得与添加的Cr的量成比例的特性改善效果。因此，Cr含量在0.20至0.40质量％的范围内。
(2)Co：0.01-0.15质量％
在根据本发明的铜合金带材中，Co作为金属Co或与Si、Mg和/或Sn的化合物沉淀，并且有助于改善强度和抗软化性能。如果Co含量小于0.01质量％，则通过添加Co而改善抗软化性是不显著的，如果Co含量超过0.15质量％，则抗软化性提高但难以确保可弯曲性和电导率，或者即使通过提高温度和增加执行沉淀热处理所花费的时间来确保可弯曲性和电导率，也会增加原材料成本，并且这样过量大的Co含量是不建议的(目前，Co的价格比Cu的价格高大约10倍)。因此，Co含量在0.01至0.15质量％的范围内。具体地，如果Co含量为0.05质量％或更大并且选自所述添加元素组中的至少一种的总含量为0.05质量％或更大，则与传统的合金相比，抗软化特性得到极大改善，因此，根据本发明的铜合金带材满足500℃或更高的软化温度。
(3)添加元素组(Si、Mg、Sn)：总计为0.00-0.15质量％
根据本发明的铜合金带材可以包括选自由Si、Mg和Sn组成的组中的至少一种。这些选择添加的元素被称为包括在添加元素组中，并且已知包括在添加元素组中的元素与Co形成化合物。如果这些元素单独添加时，这些元素有助于改善强度和抗软化性，但是如果添加两种或更多种所述元素，则与所述元素的总含量成比例地进一步增强这样的改善效果。其原因是所述添加元素与铬和钴(即，本发明的铜合金带材的组成元素)反应产生例如Cr-Si、Co-Si、Co-Sn、Co-Mg等的化合物，因此提高铜合金带材的强度，并减少剩余的元素的含量，所述剩余的元素不产生化合物并在基质中形成固溶体，因此提高电导率并使沉淀硬化效果最大化。
在本发明中，选择所述添加元素组中的所述至少一种的总含量为0.00-0.15质量％。如果选自所述添加元素组中的所述至少一种的含量为0.15质量％或更小，则最终获得的铜合金带材满足450℃或更高的抗软化温度和280W/m·K或更大的热导率，如果Co含量为0.05质量％或更大且选自所述添加元素组中的所述至少一种的总含量为0.05质量％，则与传统的合金相比，所获得的铜合金的抗软化特性得到了显著地改善，因此，所获得的铜合金带材满足500℃或更高的抗软化温度和280W/m·K或更大的热导率。
1)Si
在所述添加元素组中，Si作为与Cr、Co和/或Mg的化合物沉淀，因此有助于改善强度和抗软化性。如果Si含量超过0.15质量％，则难以确保可弯曲性和电导率。Si含量可以为0.01-0.15质量％。如果单独添加Si，则Si含量可以为0.02至0.15质量％。
2)Mg
在所述添加元素组中，Mg在合金中形成固溶体或者作为与Co、Si和/或Sn的化合物沉淀，因此有助于改善强度和抗软化性。如果Mg含量超过0.15质量％，则难以确保可弯曲性和电导率，并且难以控制由于铸造期间的氧化而导致的Mg的残留量。Mg含量可以为0.01-0.15质量％。如果单独添加Mg，则Mg含量可以为0.02至0.15质量％。
3)Sn
在所述添加元素组中，Sn在合金中形成固溶体或者作为与Co和/或Mg的化合物沉淀，因此有助于改善强度和抗软化性。如果Sn含量超过0.15质量％，则难以确保可弯曲性和电导率。Sn含量可以为0.01-0.15质量％。如果单独添加Sn，则Sn含量可以为0.02至0.15质量％。
(4)剩余量的铜(Cu)和其他不可避免的杂质
根据本发明的铜合金带材可以包括余量的铜和其他不可避免的杂质。
然而，在根据本发明的铜合金带材的组分中，作为一般合金元素的铁(Fe)和镍(Ni)在维持导电性能的条件下不表现出强化效果，因此可以维持0.1质量％或更低的含量。
在根据本发明的铜合金带材的组成中，铝(Al)和锰(Mn)难以在熔融合金中维持组分，并且不与其添加量成比例地表现出优异的效果，因此可以维持0.1质量％或更低的含量。
另外，尽管磷(P)通常有效地从熔融合金中去除氧，但是在根据本发明的铜合金带材中，磷(P)具有提高熔融合金的透明度的一些效果(诸如通过从熔融合金中去除氧来减少Cr氧化物的形成)，但是降低铬(Cr)化合物的沉淀能力，阻碍电导率和强度的提高，因此可以维持0.01质量％或更低的含量。由于当在相同的条件下添加0.01质量％的P时，电导率实际上提高1％IACS，因此0.01质量％或更少的P对根据本发明的铜合金带材的电导率没有决定性的影响。
根据本发明的铜合金带材的特性
(1)抗软化性
根据本发明的铜合金带材表现出高的抗软化性。抗软化性表现为抗软化温度。抗软化温度表示当测量被制备为成品的铜合金带材在相应的温度下热处理30分钟之后硬度值改变时的温度值，其与初始硬度值(在热处理之前)的80％对应。因此，通过抗软化温度分析，可以评价材料相对于由于工作条件而产生的热量以及在高温环境中从外部施加的热量而维持其初始硬度的程度。具有高的抗软化温度的材料在高温下以及在高温环境中不易降解，并且具有优异的维持其初始强度的能力，因此能够提供机械功能的高可靠性。
在间隔为50℃的温度下分别执行样品的热处理之后，测量样品的硬度变化，绘制出Y轴代表硬度且X轴代表温度的虚线图，并且计算与对应于初始硬度值的80％的点相交的温度值作为抗软化温度。
根据本发明的铜合金带材的抗软化温度为450℃或更高，具体地，为500℃或更高。参照图1，可以证实根据本发明的铜合金带材的抗软化温度比具有相似的强度和电导率的合金C19400或合金19210的抗软化温度高100℃或更高。
(2)热导率
根据本发明的铜合金带材表现出优异的热导率。热导率表示材料传导热量的性能，具有高热导率的材料被称作高散热材料。
根据Wiedemann-Franz定律，热导率与电导率成比例关系，并且表示其间的比例度的洛伦兹数根据材料的种类、合金的组分及其含量而细微地变化。普通的金属材料的热导率与电导率之间的关系满足等式κ/σ＝LT。这里，κ代表热导率，其单位为W/m·K，L代表洛伦兹数，其单位为WΩK-2，T代表绝对温度，其单位为K，σ代表电导率，其单位为(Ωm)-1。
铜合金的热导率与电导率之间的关系满足Wiedemann-Franz定律的数学表达式，也就是等式κ/σ＝LT，即，κ＝LσT，根据本发明的铜合金的洛伦兹数L为2.24(±0.02)×10-8WΩK-2。即，在热导率κ与电导率σ之间的数学表达式中，满足等式κ＝2.24(±0.02)×10-8WΩK-2×1/Ωm×293.15(K)。这里，可以通过公式5.8001×107×％IACS/100来计算1/Ωm的电导率值，并且293.15(K)的值表示20℃。
在根据Wiedemann-Franz定律的数学表达式中，根据本发明的铜合金带材的洛伦兹数K为2.24(±0.02)×10-8WΩK-2，即，2.24(±0.02)×0.00000001WΩK-2。因此，在简单地测量根据本发明的铜合金带材的电导率之后，可以通过将推导出的洛伦兹数放入所述数学表达式中来计算铜合金带材的热导率，并且铜合金带材的热导率的可靠性范围是优异的，即，约±0.9％。
(3)强度
根据本发明的铜合金带材具有可应用于用于电气和电子部件以及车辆部件的材料的足够的强度。就这点而言，与现在用于上述目的的合金C19400(Cu-Fe-P-Zn-基)、合金C19210(Cu-Fe-P-基)、合金C26800(Cu-Zn-基)的物理性能相比，可以理解的是，根据本发明的铜合金带材需要350至600MPa的拉伸强度。基于根据本发明的铜合金带材的实施例，铜合金带材满足对应的所需强度。
(4)可弯曲性
根据本发明的铜合金带材根据应用领域需要不同水平的可弯曲性。例如，通过冲压或蚀刻处理的部件(诸如用于引线框架的材料)需要强度、电导率和高表面质量而不是可弯曲性，但是通过压制而弯曲的部件(诸如连接器)应满足可弯曲性以及强度和电导率。根据本发明的铜合金带材在以90°角的弯曲测试中不出现裂纹时具有1.0或更小的R/t比，并且如果需要可以通过改变沉淀热处理来满足0.5或更小的R/t比。
制备根据发明的铜合金带材的方法
在制备根据本发明的铜合金带材的方法中，在熔炉中将根据铜合金带材的上述组分的组成元素熔化以铸造铸锭(熔化和铸造步骤)；在850-1000℃的温度下将获得的铸锭进行均质化热处理1-4小时(均质化热处理步骤)；以40-95％的加工率热轧由前一步骤获得的产品(热轧步骤)；在完成热轧的同时，对由前一步骤中获得的产品进行水淬火，以对溶质元素进行固溶处理(固溶处理步骤)，从而抑制溶质元素的沉淀。这里，通过使溶质元素过饱和的工艺来执行固溶处理，并由此在完成热轧之后通过水淬火冷却工艺中的材料来形成固溶体，因此，不另外执行如相关文件1和2的用于固溶处理的加热工艺。因此，在水淬火之前，随着材料的表面温度提高，固溶处理效果提高，并且在水淬火之前，材料的表面温度可以为600℃或更高，具体地，为700℃或更高。
之后，在通过冷轧以87-98％的加工率来增大沉淀驱动力(冷轧步骤)之后，将来自前一步骤的产品在430-520℃的温度下进行沉淀热处理1-10小时(沉淀热处理步骤)。
如需要，作为在完成研磨(即，最后的轧制)之前的工艺，来自前一步骤的产品可以以30-90％的加工率进行冷轧，然后在550-700℃的温度下进行中间热处理10-100秒(冷轧和中间热处理步骤)。如果沉淀热处理之后的产品的厚度与最后的轧制之后的产品的厚度之间存在大的差异且该产品超出目标物理性能(强度和电导率)范围或者难以获得目标特性(可弯曲性)，则这样的步骤是可适用的，并且这样的步骤是可执行的以解决表面质量问题，诸如可能由于现场沉淀热处理设备的工艺或制备条件而产生的燃烧(由于热和压力而导致的部分结合)以及由于沉淀热处理等之后的酸洗工艺而产生的划痕等。这里，由于中间热处理的主要目的是降低强度，但是必须使电导率的降低最小化，重要的是执行退火以使电导率降低0.5-3％IACS。如果电导率降低小于0.5％IACS的值，则退火没有影响，如果电导率降低超过3％IACS的值，则退火具有大的影响，但是铜合金由于其电导率和强度降低而有可能偏离目标特性。
最后，以10-70％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品，以获取铜合金带材的成品(最后的冷轧步骤)。通常，在这样的步骤中，可以最终确定铜合金带材的物理性能(诸如强度和可弯曲性)。通常，例如，通过冷轧工艺，材料的强度提高，并且材料的可弯曲性和电导率降低。因此，需要为提高强度并使可弯曲性和电导率的降低减少的轧制条件。加工率可以在20-50％的范围内，在该范围内，使根据加工率的强度提高的效率最大化，并且可以实现强度、可弯曲性与电导率之间的适当的平衡。
通常，铜合金材料的强度和电导率彼此冲突，即彼此成反比，因此难以同时实现强度和电导率的效果。然而，根据本发明的铜合金带材具有370-600MPa的拉伸强度，并确保了当铜合金带以90°角弯曲时不出现裂纹的R/t比为1.0或更小的可弯曲性。另外，为了制备需要优异的可弯曲性的铜合金带材，可以如上所述调整沉淀热处理条件，以确保R/t比为0.5或更小的可弯曲性。
根据本发明的铜合金带材根据其组成元素形成各种沉淀物。在根据本发明的铜合金带材中，Cr、Co、Si、Mg和Sn单独地或结合地产生沉淀物，并且这些沉淀物改善了抗软化温度，并减少了在基质中形成固溶体的元素，因此可以改善电导率并提高热导率。
在下文中，将参照实施例描述本发明。
实施例
下面的表1陈述了根据本发明的铜合金带材的组成。将如下获取具有表1中陈述的组成的铜合金带材的样品。
[表1]
Cu Cr Co Si Mg Sn
实施例1 余量 0.30 0.01 - - -
实施例2 余量 0.30 0.05 - - -
实施例3 余量 0.30 0.10 - - -
实施例4 余量 0.30 0.15 - - -
实施例5 余量 0.20 0.05 - - -
实施例6 余量 0.40 0.05 - - -
实施例7 余量 0.30 0.01 0.05 - -
实施例8 余量 0.30 0.01 - 0.05 -
实施例9 余量 0.30 0.01 - - 0.05
实施例10 余量 0.30 0.05 0.05 - -
实施例11 余量 0.30 0.05 0.05 - -
实施例12 余量 0.30 0.05 - 0.05 -
实施例13 余量 0.30 0.05 - - 0.05
实施例14 余量 0.30 0.10 0.05 - -
实施例15 余量 0.30 0.10 - 0.05 -
实施例16 余量 0.30 0.10 - - 0.05
实施例17 余量 0.30 0.05 0.02 - -
实施例18 余量 0.30 0.05 - 0.02 -
实施例19 余量 0.30 0.05 - - 0.02
实施例20 余量 0.30 0.05 0.15 - -
实施例21 余量 0.30 0.05 - 0.15 -
实施例22 余量 0.30 0.05 - - 0.15
实施例23 余量 0.20 0.05 0.05 - -
实施例24 余量 0.40 0.05 0.05 - -
实施例25 余量 0.30 0.05 0.02 0.02 -
实施例26 余量 0.30 0.05 0.02 0.02 0.02
对比例1 余量 0.30 - - - -
对比例2 余量 0.10 0.05 - - -
对比例3 余量 0.45 0.05 - - -
对比例4 余量 0.30 0.20 - - -
对比例5 余量 0.30 0.05 0.2 - -
对比例6 余量 0.30 0.05 - 0.2 -
对比例7 余量 0.30 0.05 - - 0.2
每1kg根据表1中陈述的每个组成混合包括铜的合金元素，将所得混合物在高频熔化炉中熔化，然后制造出厚度为20mm、宽度为50mm且长度为110-120mm的铸锭(熔化和铸造步骤)。这里，作为Cr组分，为了使由于氧化而造成的Cr含量的降低最小化，使用包含10质量％的Cr的Cu中间合金。为了去除诸如快速冷却的部分和收缩腔不良部分，将制造的铸锭的底部和顶部部分分别切断10mm和20mm的长度，然后在850-1000℃的温度下在箱式炉中对铸锭进行均质化热处理2小时(均质化热处理步骤)，并以50％的加工率进行热轧(热轧步骤)。在完成热轧的同时对由前一步骤获得的产品进行水淬灭，以进行固溶处理(固溶处理步骤)。使用铣床去除热轧之后在材料表面上产生的氧化膜，然后通过冷轧以94％的加工率来增大沉淀驱动力(冷轧步骤)。通过另外执行冷轧和中间热处理步骤来制备实施例10的样品，在此情况下，通过冷轧以89％的加工率来增大沉淀驱动力(冷轧步骤)。
之后，使用箱式炉分别在450℃和500℃的温度下对由前一步骤获得的产品进行沉淀热处理3小时(沉淀热处理步骤)。
在最后的轧制之前通过另外执行冷轧和中间热处理制备样品的实施例10中，在沉淀热处理之后，以64％的加工率冷轧来自前一步骤的产品，然后在650℃的温度下进行中间热处理30秒(冷轧和中间热处理步骤)。这里，降低的电导率为0.6％IACS。在具有相同的组分的实施例11中，省略了冷轧和中间热处理步骤。
最后，以30％的加工率冷轧所得产品，使得成品可以确保目标物理性能(最后的冷轧步骤)。
在上面的表1中，实施例1至6的样品为不包括添加元素组(Si、Mg和Sn)的Cu-Cr-Co-基合金，并代表了Co含量的上限和下限。实施例7至26的样品为包括添加元素组(Si、Mg和Sn)的Cu-Cr-Co-基合金，实施例17至22的样品代表了添加元素组的上限。实施例23和24的样品代表了Cr含量的上限和下限，实施例25和26的样品表现出了添加元素组(Si、Mg和Sn)的元素的组合的效果。
对比例1的样品为不包括Co的Cu-Cr-基合金，对比例2和对比例3的样品分别代表了小于Cr含量的下限的值以及超过Cr含量的上限的值，对比例4至7的样品包括其含量超过其上限的Co和添加元素组。
下面的表2和表3表示根据表1的实施例制备的铜合金带材样品的物理性能的测量结果。
在下文中，将描述铜合金带材样品的特性(物理性能)分析方法。对在沉淀热处理之后以30％的加工率执行冷轧的样品执行铜合金带材样品的特性分析，在450℃的温度下执行3小时的沉淀热处理的样品的分析结果表示在表2中，在500℃的温度下执行3小时的沉淀热处理的样品的分析结果表示在表3中。
通过使用来自INSTRON公司的维氏硬度测试计TUKON 2500施加1kg的负荷来测量硬度，使用来自ZWICK ROELL股份有限公司的万能测试机Z100测量拉伸强度，并使用来自FOERSTER股份有限公司的SIGMATEST 2.069测量电导率。
在抗软化温度分析中，使用来自THERMO SCIENTIFIC公司的Thermolyne5.8L D1台式马弗炉执行热处理。分别在300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃和700℃的温度下执行样品的热处理30分钟之后，测量样品的硬度值，绘制其中Y轴表示硬度且X轴表示温度的虚线图，并且计算与对应于80％的初始硬度值的点相交的温度值作为抗软化温度。就这点而言，在图1中，将实施例9的铜合金带材样品(作为图1中的“发明的合金”示出)示例性地与传统的铜合金相比。
通过观察在与轧制方向水平的方向上以90°角弯曲的厚度为0.3mm的样品，然后计算最小弯曲半径/带材厚度(R/t)比来评价可弯曲性。最小弯曲半径R是弯曲测试夹具的直角部分的边缘的半径R值，分别使用具有0.00、0.05、0.75、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40和0.50的R值的夹具，当使用50倍放大倍率的显微镜观察样品时，通过选择不出现裂纹的最大R/t比来进行可弯曲性的评价。
使用来自NETZSCH股份有限公司的LFA 457MicroFlash分析热导率，并通过比较分析测量的热导率值和使用SIGMATEST测量的电导率值来计算实施例的铜合金带材样品的洛伦兹数L，并推导出其恒定范围。
拟定推导出的恒定范围作为根据本发明的铜合金带材的洛伦兹数值范围，在根据Wiedemann-Franz定律的表示热导率与电导率之间的关系的数学表达式中，如上所述，洛伦兹数为2.24(±0.02)×10-8WΩK-2，即，2.24(±0.02)×0.00000001WΩK-2，其可靠性范围为约±0.9％。
表2表示在450℃的温度下执行沉淀热处理3小时之后以30％的加工率执行的最后的轧制的样品的特性的测量结果。
[表2]
表3表示在500℃的温度下执行沉淀热处理3小时之后以30％的加工率执行最后的轧制的样品的特性的测量结果。
[表3]
如从以上的实施例可知，相比于传统的合金材料，根据本发明的铜合金带材被判断为不仅具有优异的抗软化性和热导率而且具有优异的强度和可弯曲性的材料。关于对比例的样品，作为不包括Co的Cu-Co基合金带材的对比例1的样品不满足抗软化性。包括含量低于其下限的Cr的对比例2的样品在抗软化性方面不足，包括含量超过其上限的Cr的对比例3的样品相比于包括Cr含量上限的实施例6的样品没有表现出在特性和进一步降低的可弯曲性方面的改善。作为包括含量超过其上限的Co和添加元素组的铜合金带材的对比例4至7的样品满足抗软化性，但可弯曲性和热导率不足。
根据本发明的实施例1至26的铜合金带材样品的热导率与电导率之间的关系满足上述洛伦兹数为2.24(±0.02)×10-8WΩK-2的范围，根据上述制备方法，制备满足当铜合金带材以90°角弯曲时不出现裂纹的R/t比为1.0或更小(具体地，为0.5或更小)的铜合金带材。
为了观察根据本发明的铜合金带材中的沉淀物，通过复型方法来执行TEM分析。
在根据本发明的铜合金带材中，如果钴组分独立地形成沉淀物，则平均尺寸为10nm或更小的沉淀物非常细小，并且使用扫描电子显微镜(SEM)或光学显微镜不能观察到。例如，图2是实施例2的铜合金带材样品的TEM照片。如从图2所示，观察到钴颗粒为非常细小的沉淀物，并且证实如果钴独立地形成沉淀物，则该沉淀物具有非常细小的尺寸。
在根据本发明的铜合金带材中，如果添加选自上述添加元素组中的至少一种，则所述添加元素与铬和钴结合，并由此形成沉淀物。例如，图3示出了表示添加硅的实施例11的铜合金带材样品中的沉淀物的TEM照片。参照图3的a)，观察到具有500nm或更大的相对大的尺寸的沉淀物作为在Cr3Si化合物中包括大约1质量％的钴的沉淀物。另外，观察到具有200nm或更小的相对小的尺寸的沉淀物作为在图3(在b中)的Cr3Si化合物中包括大约10质量％的钴的沉淀物。由此，可以证实的是，随着沉淀物的尺寸减小，Co含量增加。从添加元素组的机械和物理性能以及与铬和钴的热力学关系来判断，如果添加不是硅的其他元素，则预测与添加图3的b)中所示的硅的结果相同。

Claims (11)

1.一种用于电气和电子部件的铜合金带材，包括：
0.20-0.40质量％的铬(Cr)、0.01-0.15质量％的钴(Co)以及余量的铜(Cu)和不可避免的杂质，和任选地总计为0.00-0.15质量％的选自由硅(Si)、镁(Mg)和锡(Sn)组成的添加元素组中的至少一种，
其中，所述铜合金带材具有450℃或更高的抗软化温度和280W/m·K或更大的热导率。
2.根据权利要求1所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，钴含量在0.05-0.15质量％的范围内。
3.根据权利要求1所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，选自所述添加元素组中的所述至少一种的总含量在0.05-0.15质量％的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，所述铜合金带材的抗软化温度为500℃或更高。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，所述铜合金带材的热导率为300W/m·K或更大。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，所述铜合金带材在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t的比为1.0或更小。
7.根据权利要求6所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，所述铜合金带材在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t比为0.5或更小。
8.根据权利要求1所述的用于电气和电子部件的铜合金带材，其中，所述铜合金带材的热导率κ与电导率σ之间的关系满足等式κ＝2.24(±0.02)×10-8WΩK-2×1/Ωm×293.15K。
9.一种制备用于电气和电子部件的铜合金带材的方法，包括：
在熔化炉中将基于根据权利要求1至3中任一项所述的铜合金带材的组成的元素熔化以铸造铸锭；
在850-1000℃的温度下对获得的铸锭进行均质化热处理1-4小时；
以40-95％的加工率热轧由前一步骤获得的产品；
在完成热轧的同时，在600℃或更高的材料表面处理下，对由前一步骤中获得的产品进行水淬火，以进行固溶处理；
以87-98％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品；
在430-520℃的温度下沉淀热处理由前一步骤获得的产品1-10小时；以及
最后以10-70％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品，以生产铜合金带材的成品，
其中，所述铜合金带材的成品在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t比为1.0或更小。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：在沉淀热处理之后以30-90％的加工率冷轧由前一步骤获得的产品，并在最后的冷轧之前在550-700℃的温度下进行中间热处理10-100秒。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述铜合金带材的成品在以90°角弯曲期间不出现裂纹的R/t比为0.5或更小。
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