CN110205570B - 一种电气电子部件用铜合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，通过优化熔炼步骤、轧制+时效处理和特定条件下的钝化处理，改进铜合金产品性能，针对电气电子部件用铜合金的具体成分，匹配最适当的工艺参数范围，使得最终的铜合金成品不仅导电和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，且使用性能完全能够满足电气电子部件商品的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理领域，具体的说，是涉及一种电气电子部件用铜合金的热处理方法。
背景技术
铜和铜合金因其优异的导电性、导热性、抗寒性、耐蚀性和良好的可塑性，同时还具有与其他元素的亲和性、溶解性、化合性以及良好的稳定性，广泛应用在机械仪表、电子元器件、化学工业、交通行业、新能源、信息通讯等领域。因此，铜及铜合金的发展已经成为了一个国家的工业技术水平指标之一。
但在一些特殊环境下，比如含氧水，氧化性酸或一些含有氯离子，铵根离子以及高温，高盐的海洋大气或海水环境下，铜及铜合金会生成铜绿，形成明显腐蚀，其主要成分是CuxSO4(OH)y(碱式硫酸铜)和Cu2O。这会大幅度影响铜的使用性能，比如降低铜的导电性、强度和硬度，造成零件快速老化或损坏。尤其在使用环境中存在应力时，更会造成极为严重的影响后果。因此研究铜及铜合金的耐腐蚀性就显得尤为重要。
作为导电用的铜材料，除了要求导电性好外，还要求有足够的强度。欲导电性好，则要求铜的纯度高，因为溶入铜中的几乎所有其他元素都对铜导电性产生有害的影响。但是，为了提高材料的强度，常常又要加入某些微合金化元素。为了获得尽可能高的导电性和高强度的铜合金,在加工工艺及微合金化元素的选择方面要做出很多工作。在无氧铜中添加一定量的混合稀土金属，可以明显细化晶粒，铜的电导率有所提高。稀土还可以提高无氧铜的强度和硬度。上海铜材厂和哈尔滨铜材厂曾研制出混合稀土铜、镧铜和铈铜等多种稀土铜合金用于导电用铜排、铜板的生产中，这些稀土铜合金的导电性、耐腐蚀性、耐磨性及高温抗氧化性能都有明显的提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，该方法可以提高铜合金产品的表层耐腐蚀性能，降低裂纹、气孔等缺陷，保证铜合金产品的电气性能的同时，使其能够满足铜合金产品应用所需要的机械性能。
一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，包括以下步骤：
1）、将铜合金坯料加热到820～850℃保温1～2h，在800～830℃进行热轧，然后在四辊精轧机上进行冷轧，所述热轧的加工率为70～80％，所述冷轧的加工率为50～55％，获得成形后的铜合金坯料；
2）、将所述成形后的铜合金坯料冷却至300～350℃保温20～25min，然后进行两段时效处理，一次时效温度为500～650℃，保温时间为2～4h，空冷至室温，二次时效温度为350～450℃，保温时间为1～2h，随炉冷却至室温，获得所述电气电子部件用铜合金；
所述电气电子部件用铜合金组成为，以质量百分数计，Ni：2.5～2.8％，Cr：1.5～1.7％，Si：0.8～1.0％，Zr：0.2～0.5％，Al：0.1～0.5％，复合稀土：0.02～0.30％，其余为Cu；其中，所述复合稀土包含La和Ce元素。
所述时效处理后，再对所述电气电子部件用铜合金表面进行钝化处理，形成厚度约为 20μm的耐腐蚀层。
所述钝化处理中，所采用的钝化剂成分中包含TTA、BTA、磺基水杨酸和H2O2，钝化剂的pH值小于4，钝化时间为1～5min。
所述铜合金坯料的厚度为50mm，宽为80～100mm。
所述铜合金坯料通过以下熔炼步骤获得：
（a）、将Cu-Ni中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到铜合金液；
（b）、将铜合金液在石墨模具中浇注、冷却，并使得到的铸态晶粒尺寸小于0.30mm，获得所述铜合金坯料。
所述熔炼步骤中，先将真空感应炉抽真空，之后通氩气，再将合金快速升温至1000～1100℃，保温5～10min，然后缓慢升温至1300～1400℃，保温30～40min。
所述电气电子部件用铜合金的抗拉强度为350～450MPa，晶粒直径小于0.007mm。
与现有技术相比，本发明的优点是：通过优化熔炼步骤、轧制+时效处理和特定条件下的钝化处理，改进铜合金产品性能，针对电气电子部件用铜合金的具体成分，匹配最适当的工艺参数范围，使得最终的铜合金成品不仅导电和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，且使用性能完全能够满足电气电子部件商品的应用需求。
具体实施方式
稀土元素对铜及铜合金的电学性能的影响主要表现在两方面：一方面，加入的稀土使铜及铜合金的晶粒细化，晶界增多，电子散射几率增大，导致电阻率增大，导电性下降;另一方面,稀土的净化作用使铜中杂质减少，晶格畸变减弱，电子散射几率减少，导电性能改善。这两个对导电性能起相反作用的因素同时并存，其影响随稀土加入量的变化而变化。对于导电铜合金、导电铜排，稀土的添加也能取得良好的效果。保温时间对稀土在铜中的导电性能有一定的影响，随保温时间的延长，稀土元素与纯铜中的杂质充分反应，从而使纯铜得到净化，改善了导电性能。但保温时间过长时，稀土元素与铜液中的某些低熔点杂质形成难熔化合物，弥散分布于铜的基体中，使导电性下降。此外，稀土元素还可以改善铜及其合金的力学性能。由于稀土元素具有脱氧、去杂和除气作用，铜合金中添加稀土，可明显提高纯铜的强度和硬度，增强热稳定性，并具有较好的高温、常温塑性。采用稀土和磷铜脱氧的铜合金铸造转炉的吹氧枪喷头，与锻造加工的普通铜合金喷头相比，由于稀土提高了铜合金的导热性和高温力学性能，使其具有较长的使用寿命。
钝化工艺对钝化效果的影响较大，主要的工艺参数有温度、时间、PH，钝化液的PH对钝化效果有很重要的影响。PH过低，溶液酸性强，基体溶解过快且成膜速度过快，同时过量的H+会转换为H2扩散溢出，对钝化膜有一定的冲破力不利于成膜，影响膜层致密性和厚度，使膜层发雾和不均匀。钝化液PH过高，基体不易溶解，成膜困难，同时溶液稳定性差，膜层颜色浅、耐蚀性较差。钝化时间长短决定了钝化膜形成的阶段，随着钝化时间的延长，首先是基体的溶解，后开始形成钝化膜，膜层完全形成，再増加时间会导致膜层的溶解。钝化温度也是钝化工艺的一个重要参数。钝化温度过低时，溶液中离子活性较低，成膜速率较低，导致无法形成致密钝化膜，使耐蚀性恶化；钝化温度过高时，反应过快，在较短时间内形成钝化膜，致密性较差，且由于温度过高会导致钝化膜的溶解，降低钝化膜的均匀性。
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，包括以下步骤：
1）、将铜合金坯料加热到820℃保温1h，在800℃进行热轧，然后在四辊精轧机上进行冷轧，所述热轧的加工率为70％，所述冷轧的加工率为55％，获得成形后的铜合金坯料；
2）、将所述成形后的铜合金坯料冷却至300℃保温25min，然后进行两段时效处理，一次时效温度为550℃，保温时间为4h，空冷至室温，二次时效温度450℃，保温时间为2h，随炉冷却至室温，获得所述电气电子部件用铜合金；
所述电气电子部件用铜合金组成为，以质量百分数计，Ni：2.5％，Cr：1.7％，Si：1.0％，Zr：0.2％，Al：0.1％，复合稀土：0.02％，其余为Cu；其中，所述复合稀土包含La和Ce元素。
所述时效处理后，再对所述电气电子部件用铜合金表面进行钝化处理，形成厚度约为 20μm的耐腐蚀层。
所述钝化处理中，所采用的钝化剂成分中包含TTA、BTA、磺基水杨酸和H2O2，钝化剂的pH值小于4，钝化时间为2min。
所述铜合金坯料的厚度为50mm，宽为80mm。
所述铜合金坯料通过以下熔炼步骤获得：
（a）、将Cu-Ni中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到铜合金液；
（b）、将铜合金液在石墨模具中浇注、冷却，并使得到的铸态晶粒尺寸小于0.30mm，获得所述铜合金坯料。
所述熔炼步骤中，先将真空感应炉抽真空，之后通氩气，再将合金快速升温至1100℃，保温5min，然后缓慢升温至1400℃，保温30min。
所述电气电子部件用铜合金的抗拉强度为400MPa，晶粒直径小于0.007mm。
实施例2：
一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，包括以下步骤：
1）、将铜合金坯料加热到840℃保温1h，在820℃进行热轧，然后在四辊精轧机上进行冷轧，所述热轧的加工率为80％，所述冷轧的加工率为55％，获得成形后的铜合金坯料；
2）、将所述成形后的铜合金坯料冷却至320℃保温20min，然后进行两段时效处理，一次时效温度为550℃，保温时间为4h，空冷至室温，二次时效温度为350℃，保温时间为1h，随炉冷却至室温，获得所述电气电子部件用铜合金；
所述电气电子部件用铜合金组成为，以质量百分数计，Ni：2.5％，Cr：1.6％，Si：0.8％，Zr：0.3％，Al：0.2％，复合稀土：0.10％，其余为Cu；其中，所述复合稀土包含La和Ce元素。
所述时效处理后，再对所述电气电子部件用铜合金表面进行钝化处理，形成厚度约为 20μm的耐腐蚀层。
所述钝化处理中，所采用的钝化剂成分中包含TTA、BTA、磺基水杨酸和H2O2，钝化剂的pH值小于4，钝化时间为5min。
所述铜合金坯料的厚度为50mm，宽为90mm。
所述铜合金坯料通过以下熔炼步骤获得：
（a）、将Cu-Ni中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到铜合金液；
（b）、将铜合金液在石墨模具中浇注、冷却，并使得到的铸态晶粒尺寸小于0.30mm，获得所述铜合金坯料。
所述熔炼步骤中，先将真空感应炉抽真空，之后通氩气，再将合金快速升温至1000℃，保温10min，然后缓慢升温至1400℃，保温30min。
所述电气电子部件用铜合金的抗拉强度为380MPa，晶粒直径小于0.007mm。
实施例3：
一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，包括以下步骤：
1）、将铜合金坯料加热到850℃保温2h，在810℃进行热轧，然后在四辊精轧机上进行冷轧，所述热轧的加工率为80％，所述冷轧的加工率为53％，获得成形后的铜合金坯料；
2）、将所述成形后的铜合金坯料冷却至320℃保温25min，然后进行两段时效处理，一次时效温度为600℃，保温时间为3h，空冷至室温，二次时效温度为400℃，保温时间为2h，随炉冷却至室温，获得所述电气电子部件用铜合金；
所述电气电子部件用铜合金组成为，以质量百分数计，Ni：2.8％，Cr：1.7％，Si：1.0％，Zr：0.3％，Al：0.2％，复合稀土：0.05％，其余为Cu；其中，所述复合稀土包含La和Ce元素。
所述时效处理后，再对所述电气电子部件用铜合金表面进行钝化处理，形成厚度约为 20μm的耐腐蚀层。
所述钝化处理中，所采用的钝化剂成分中包含TTA、BTA、磺基水杨酸和H2O2，钝化剂的pH值小于4，钝化时间为2min。
所述铜合金坯料的厚度为50mm，宽为100mm。
所述铜合金坯料通过以下熔炼步骤获得：
（a）、将Cu-Ni中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到铜合金液；
（b）、将铜合金液在石墨模具中浇注、冷却，并使得到的铸态晶粒尺寸小于0.30mm，获得所述铜合金坯料。
所述熔炼步骤中，先将真空感应炉抽真空，之后通氩气，再将合金快速升温至1050℃，保温8min，然后缓慢升温至1380℃，保温35min。
所述电气电子部件用铜合金的抗拉强度为380MPa，晶粒直径小于0.007mm。
由实施例1-3可以看出，实验结果表明：本发明通过优化熔炼步骤、轧制+时效处理和特定条件下的钝化处理，改进铜合金产品性能，针对电气电子部件用铜合金的具体成分，匹配最适当的工艺参数范围，使得最终的铜合金成品不仅导电和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，且使用性能完全能够满足电气电子部件商品的应用需求。
尽管已经示出和描述了本专利的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本专利的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种电气电子部件用铜合金的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将铜合金坯料加热到820～850℃保温1～2h，在800～830℃进行热轧，然后在四辊精轧机上进行冷轧，所述热轧的加工率为70～80％，所述冷轧的加工率为50～55％，获得成形后的铜合金坯料；
2）、将所述成形后的铜合金坯料冷却至300～350℃保温20～25min，然后进行两段时效处理，一次时效温度为500～650℃，保温时间为2～4h，空冷至室温，二次时效温度为350～450℃，保温时间为1～2h，随炉冷却至室温；
所述时效处理后，再对所述电气电子部件用铜合金表面进行钝化处理，形成厚度为 20μm的耐腐蚀层，获得所述电气电子部件用铜合金；
所述电气电子部件用铜合金组成为，以质量百分数计，Ni：2.5～2.8％，Cr：1.5～1.7％，Si：0.8～1.0％，Zr：0.2～0.5％，Al：0.1～0.5％，复合稀土：0.02～0.30％，其余为Cu；其中，所述复合稀土包含La和Ce元素；
所述电气电子部件用铜合金的抗拉强度为350～450MPa，晶粒直径小于0.007mm。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述钝化处理中，所采用的钝化剂成分中包含TTA、BTA、磺基水杨酸和H2O2，钝化剂的pH值小于4，钝化时间为1～5min。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述铜合金坯料的厚度为50mm，宽为80～100mm。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述铜合金坯料通过以下熔炼步骤获得：
（a）、将Cu-Ni中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到铜合金液；
（b）、将铜合金液在石墨模具中浇注、冷却，并使得到的铸态晶粒尺寸小于0.30mm，获得所述铜合金坯料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述熔炼步骤中，先将真空感应炉抽真空，之后通氩气，再将合金快速升温至1000～1100℃，保温5～10min，然后缓慢升温至1300～1400℃，保温30～40min。
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