CN110004321B - 一种铜基微晶合金及其制备方法和一种电子产品 - Google Patents

一种铜基微晶合金及其制备方法和一种电子产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜基微晶合金及其制备方法和采用该铜基微晶合金的电子产品，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，该铜基微晶合金含有Cu 30‑60％、Mn 25‑40％、Al 4‑6％、Ni 10‑17％、Si 0.01‑10％、以及Be 0.001‑0.03％。根据本发明的铜基微晶合金，不仅具有较好的机械性能，而且显示出明显提高的耐腐蚀性能。根据本发明的铜基微晶合金，流动性能好，具有较好的成型性，并且可以采用压铸工艺进行加工，从而能显著提升产品的表面精度，适于制备对表面精度具有较高要求的外观装饰件。

Description

一种铜基微晶合金及其制备方法和一种电子产品
技术领域
本发明涉及一种铜基微晶合金及其制备方法，本发明还涉及采用该铜基微晶合金的电子产品。
背景技术
铜合金是一种具有良好的导热、导电、抗磁以及良好延展性的金属，在电气、航天、家电、交通等领域有着广泛的应用。随着市场对铜合金零件精度、复杂程度、耐磨性等其它特殊性能需求的提高，研究者们对其强度、成型性及可加工性也越来越重视。
随着电子产品的金属化已然成了市场一种趋势。以智能终端为首的电子产品，将持续以性能提升为自身诉求，另外，外观工业设计方面则将在质感和美观上给用户新的体验。
然而，铜合金的耐腐蚀性能和机械强度偏低，铸造性能也不够理想，难以满足现代产品的技术需求。
因此，亟须开发兼具良好的耐腐蚀性能和高的机械强度，同时还能适用于压铸工艺的铜合金。
发明内容
本发明的目的在于克服铜合金难以兼顾耐腐蚀性能和机械强度的不足，提供一种铜基微晶合金，该铜基微晶合金不仅具有较高的机械强度，而且显示出明显提高的耐腐蚀性能。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，该铜基微晶合金含有：
Figure BDA0001540349550000021
根据本发明的第二个方面，本发明提供了本发明第一个方面所述的铜基微晶合金的制备方法，该方法包括将合金原料熔炼后，依次进行浇铸和冷却。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种电子产品，其中，该电子产品包括由含有本发明第一个方面所述的铜基微晶合金的材料制成的结构部件。
根据本发明的铜基微晶合金，不仅具有较高的机械强度，而且显示出明显提高的耐腐蚀性能。
根据本发明的铜基微晶合金，流动性能好，具有较好的成型性。更重要的是，根据本发明的铜基微晶合金可以采用压铸工艺进行加工，从而能显著提升产品的表面精度，适于制备对表面精度具有较高要求的外观装饰件。
具体实施方式
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，该铜基微晶合金含有：
Figure BDA0001540349550000022
Figure BDA0001540349550000031
根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，锰(Mn)的含量为25-40％，例如可以为25％、25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％、33％、33.5％、34％、34.5％、35％、35.5％、36％、36.5％、37％、37.5％、38％、38.5％、39％、39.5％、或者40％。优选地，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Mn的含量为28-35％，例如28.5-33％。
根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，镍(Ni)的含量为10-17％，例如可以为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、或者17％。优选地，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Ni的含量为11-15％。更优选地，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Ni的含量为13-15％。
根据本发明的铜基微晶合金，从进一步提高铜基微晶合金的耐腐蚀性能和表面精度，并进一步改善铜基微晶合金的成型性能的角度出发，该铜基微晶合金中，Mn/Ni的重量比优选为1.5-3.5：1，更优选为1.8-2.5：1，进一步优选为2-2.2：1。
根据本发明的铜基微晶合金，以该铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，铝(Al)的含量为4-6％，例如4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、或者6％。在铝的含量为低于4重量％时，铜基微晶合金的成型性能差，并且铜基微晶合金的晶粒度大，机械强度和表面精度均较低，同时铜基微晶合金的耐腐蚀性能也不好。在铝的含量为高于6％时，铜基微晶合金的耐腐蚀性能和成型性能显著降低，同时铜基微晶合金的晶粒度大，表面精度也显著降低。从进一步提高铜基微晶合金的表面精度、成型性能和耐腐蚀性能的角度出发，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，该铜基微晶合金中，Al的含量优选为4.5-5.5％。
根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，硅(Si)的含量为0.01-10％，例如可以为0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、或者10％。在铜基微晶合金中引入Si能进一步细化晶粒，提高铜基微晶合金的机械强度。在铜基微晶合金中引入Si还能进一步改善铜基微晶合金的成型性能。但是，Si元素的含量高于10％时，对铜基微晶合金的成型性能具有不利影响，导致铜基微晶合金的成型性能显著下降；同时铜基微晶合金的耐腐蚀性能和表面精度也明显降低。根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Si的含量优选为0.05-6％，更优选为0.1-3％。
根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，铍(Be)的含量为0.001-0.03％，例如可以为0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.02％、0.021％、0.022％、0.023％、0.024％、0.025％、0.026％、0.027％、0.028％、0.029％、或者0.03％。通过在铜基微晶合金中引入Be，不仅能提高流动性，改善铜基微晶合金的成型性能，而且能有效地细化晶粒，提高铜基微晶合金的表面精度和耐腐蚀性能。但是，铜基微晶合金中Be的含量为高于0.03重量％时，导致铜基微晶合金的耐腐蚀性和成型性能显著下降，同时还对铜基微晶合金的表面精度产生不利影响。根据本发明的铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Be的含量优选为0.005-0.01％。
根据本发明得铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，铜(Cu)的含量优选为35-57％，更优选为40-55％。
根据本发明的铜基微晶合金，该铜基微晶合金的晶粒度小。一般地，根据本发明的铜基微晶合金，其平均晶粒度为1-6微米，优选为1.5-3微米。本发明中，平均晶粒度采用GB/T6394-2002中规定的方法测定
根据本发明的铜基微晶合金，该铜基微晶合金的表面粗糙度Ra可以为0.2-1.5，优选为0.25-1，更优选为0.25-0.35。本发明中，表面粗糙度Ra采用GB/T 6458-86中规定的方法测定。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了本发明第一个方面所述的铜基微晶合金的制备方法，该方法包括将合金原料熔炼后，依次进行浇铸和冷却，得到根据本发明的铜基微晶合金。
根据本发明的方法，所述熔炼优选为真空熔炼。所述熔炼优选在1100-1250℃的温度下进行。
根据本发明的方法，优选包括将冷却得到的合金铸锭进行压铸，以形成具有所需形状的成型体。
根据本发明的方法，在一种优选的实施方式中，所述压铸优选为半固态压铸。根据该优选的实施方式，可以进一步细化铜基微晶合金的晶粒度，降低产品中的缺陷。
根据该优选的实施方式，所述半固态压铸可以在常规的半固态压铸工艺条件下进行。优选地，熔汤温度为950-990℃；压射速度为0.8-2m/s；模腔温度为200-300℃；保温时间为3-5s，一次压射起点可以为145-150mm，二次压射起点可以为190-195mm。
根据本发明的铜基微晶合金不仅具有良好的机械性能，而且具有较好的耐腐蚀性能，同时还可以采用压铸工艺进行成型，使得制品具有较好的表面精度，适于制作电子产品的结构部件。
由此，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种电子产品，其中，该电子产品包括由含有本发明第一个方面所述的铜基微晶合金的材料制成的结构部件。
根据本发明的电子产品，所述结构部件优选为外观部件。
根据本发明的电子产品，所述电子产品优选为手机。根据本发明的微晶合金可以用于制作手机的外观框架。在一种优选的实施方式中，所述手机的中框采用含有本发明的铜基微晶合金的材料制成。
以下结合实施例详细说明本发明，但并不因此限制本发明的范围。
以下实施例和对比例涉及以下测试方法。
(1)表面粗糙度测试
采用GB/T 1031-1995规定的方法测定表面粗糙度。
(2)耐腐蚀测试
采用GB/T 6458-86规定的方法测定铜基微晶合金的耐腐蚀性能。
(3)拉伸强度测试
根据GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法中规定的方法测定铜基微晶合金的拉伸强度。
(4)硬度测试
根据GB/T4340.4-2009金属材料维氏硬度试验第4部分：硬度值表，抛光后的试验表面进行维氏硬度测试，试验力为10kg，测量点数为5个取平均值。
(5)平均晶粒度测试
采用GB/T6394-2002中规定的方法测试铜基微晶合金的平均晶粒度。
(6)流动性测试
采用单螺旋流动性试样模具，横截面尺寸为5.5mm×3mm，采用的给汤容量为45cm3，压射速度为1m/s。
(7)成型性测试
采用手机中框压铸成型完整性方法进行成型性测试。
其中，“优异”是指中框外表面光亮、成型完整，各个细节结构均成型完整，无断裂不粘模；
“良好”是指中框外表面光亮、成型完整，各个细节结构均成型完整，无断裂；
“一般”是指中框外成型完整，各个细节结构均成型完整，无断裂；
“较差”是指中框成型完整，部分细小节结构未成型；
“极差”是指中框未成型完整，部分细小节结构未成型。
实施例1-13用于说明本发明。
实施例1
按照表1的组成配制铜基微晶合金原料。将铜基微晶合金原料进行真空熔炼。其中，真空熔炼的工艺为：利用真空熔炼炉，抽真空到5Pa以下通入氩气，将炉体在20kW下预热5分钟，再在50-60kW下加热至1120℃，保温8分钟进行浇铸得到铸锭。
得到的铸锭熔融后，在冷式压铸机DCC160上进行半固态压铸，从而得到本发明的铜基微晶合金的压铸体。其中，半固态压铸的条件包括：浇铸温度为950℃，压射速度为0.9m/s，模腔温度为250℃，保温时间为3s，一次压射起点为150mm，二次压射起点为195mm。
制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
实施例2-3
采用与实施例1相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1给出的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
其中，实施例2中，半固态压铸的条件包括：浇铸温度为950℃，压射速度为1.0m/s，模腔温度为250℃，保温时间为3s，一次压射起点为145mm，二次压射起点为195mm；
实施例3中，半固态压铸的条件包括：浇铸温度为960℃，压射速度为1.2m/s，模腔温度为195℃，保温时间为3s，一次压射起点为145mm，二次压射起点为195mm。
实施例4、5和13
采用与实施例1相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1给出的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
实施例6、7和10-12
采用与实施例2相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1给出的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
实施例8和9
采用与实施例3相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1给出的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
对比例1-5、9和10
采用与实施例1相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
对比例6-7
采用与实施例3相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
对比例8和11
采用与实施例2相同的方法制备铜基微晶合金，不同的是，按照表1的组成配制铜基微晶合金原料。制备的铜基微晶合金的性质参数在表2中列出。
表1(以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计)
Figure BDA0001540349550000091
Figure BDA0001540349550000101
表2
Figure BDA0001540349550000102
从表2的结果可以看出，根据本发明的铜基微晶合金不仅具有较高的机械强度，而且具有较好的耐腐蚀性能和成型性能。根据本发明的铜基微晶合金可以采用压铸工艺成型，制品具有明显改善的表面精度。
将实施例1与对比例1-3进行比较可以看出，根据本发明的铜基微晶合金通过在合金中引入硅和铍，能有效地细化晶粒，提高制品的机械强度和表面精度，而且能提高耐腐蚀性能，同时还能提高熔体的流动性，改善成型性能。
将实施例1与对比例4进行比较可以看出，在合金中铍的含量过高时，显著降低铜基微晶合金的耐腐蚀性能和成型性能。
将实施例1与对比例5进行比较可以看出，在合金中硅的含量过高时，导致铜基微晶合金的表面精度、成型性能和耐腐蚀性能显著变差。
将实施例3与对比例6进行比较可以看出，合金中铝含量过高和过低时，不仅导致铜基微晶合金的晶粒度偏大，机械性能下降，而且导致铜基微晶合金的表面精度和耐腐蚀性能变劣，同时还对铜基微晶合金的成型性能产生不利影响。
将实施例2和12与对比例8、以及实施例1和13与对比例9进行比较可以看出，合金中锰含量过高或过低，均导致铜基微晶合金的表面精度和耐腐蚀性能变劣，同时还对铜基微晶合金的成型性能产生不利影响，特别是在锰含量过高时，导致铜基微晶合金的成型性能严重劣化。
将实施例1与对比例10进行比较可以看出，合金中镍含量过低时，导致合金的晶粒度偏大，铜基微晶合金的机械性能和表面精度降低，而且铜基微晶合金的成型性能变差。将实施例2与对比例11进行比较可以看出，合金中镍含量过高时，不仅导致铜基微晶合金的晶粒度大，机械性能下降，而且导致铜基微晶合金的成型性能显著劣化。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种铜基微晶合金，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，该铜基微晶合金的组成为：
Figure FDA0002830726260000011
2.根据权利要求1所述的铜基微晶合金，其中，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Mn的含量为28-35％。
3.根据权利要求1所述的铜基微晶合金，其中，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Ni的含量为11-15％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金中，Mn/Ni的重量比为1.5-3.5：1。
5.根据权利要求4所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金中，Mn/Ni的重量比为1.8-2.5：1。
6.根据权利要求1所述的铜基微晶合金，其中，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Al的含量为4.5-5.5％。
7.根据权利要求1-3和6中任意一项所述的铜基微晶合金，其中，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Si的含量为0.05-6％。
8.根据权利要求1-3和6中任意一项所述的铜基微晶合金，其中，以铜基微晶合金的总量为基准，以重量百分比计，Be的含量为0.005-0.01％。
9.根据权利要求1-3和6中任意一项所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金的平均晶粒度为1-6微米。
10.根据权利要求9所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金的平均晶粒度为1.5-3微米。
11.根据权利要求1-3和6中任意一项所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金的表面粗糙度Ra为0.2-1.5。
12.根据权利要求11所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金的表面粗糙度Ra为0.25-1。
13.根据权利要求12所述的铜基微晶合金，其中，该铜基微晶合金的表面粗糙度Ra为0.25-0.35。
14.一种权利要求1-13中任意一项所述的铜基微晶合金的制备方法，该方法包括将合金原料熔炼后，依次进行浇铸和冷却。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，该方法还包括将冷却得到的合金铸锭进行压铸。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述压铸为半固态压铸。
17.一种电子产品，其特征在于，该电子产品包括由含有权利要求1-13中任意一项所述的铜基微晶合金的材料制成的结构部件。
18.根据权利要求17所述的电子产品，其中，所述结构部件为外观部件。
19.根据权利要求17所述的电子产品，其中，所述电子产品为手机。
20.根据权利要求17所述的电子产品，其中，所述结构部件为手机中框。
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