CN110306077A - 一种电连接器用耐蚀铜合金及其制备方法 - Google Patents

一种电连接器用耐蚀铜合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电连接器用耐蚀铜合金及其制备方法，属于有色金属加工领域。该合金的重量百分比组成为：Ni 0.3％～1.0％，Sn 2.0％～3.5％，P 0.05％～0.3％，Mn 0.05％～0.5％，B 0.001％～0.01％，Al 0.05～0.3％，剩余部分由Cu及不可避免的杂质组成。所述铜合金成分元素含量需满足2.5％≤Ni+Sn≤4.0％，3≤Ni/Al≤15。通过熔炼、水平连铸、粗轧、一次中间退火、酸洗、精轧、成品退火处理等加工处理后得到该材料。本发明的电连接器用耐蚀铜合金抗拉强度可达到480～530MPa，维氏硬度HV150～175，延伸率11～20％，导电率25～38％IACS，24小时盐雾试验失重比例为0.01～0.02％，48小时盐雾试验失重比例为0.03～0.06％。

Description

一种电连接器用耐蚀铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电连接器用耐蚀铜合金及其制备方法，属于有色金属加工领域。
背景技术
近年来，我国电连接器市场迅猛发展，已经成为领先全球快速增长的第四大电连接器市场，而随着近年来电子技术的不断发展，电连接器在微电子、汽车行业以及5G通讯的应用越来越引人注目，元件越来越小，电流密度越来越高，传输速度越来越快，电连接器正朝着高密度、小型化、薄型化、组合化、高速化方向发展。这就对铜合金这一电连接器核心部件的关键材料提出了更高的要求。
电连接器用铜合金要求合金具有高强度、高弹性、耐疲劳、良好的导电和折弯等性能。而随着电连接器朝着小型化、集成化、低成本化发展，以及国内外环保法规的不断完善，要求电连接器用铜合金材料也不断向环保、高性能、低成本的趋势发展。电连接器最基本的性能要求是电接触的可靠性，目前国内应用最广泛的电连接器用铜合金材料是锡磷青铜系列，由于普通的锡磷青铜合金不耐腐蚀，在长时间使用后容易发生氧化变色、腐蚀等，不仅增大了接触电阻，而且易产生腐蚀失效，影响电连接器的寿命。目前普遍采用在铜合金材料表面上镀锡的方法来防腐蚀，一方面增加了材料的生产成本，另一方面，电镀工序产生的废气废液易对环境产生不利影响。因此开发一种不需表面电镀的低成本电连接器用耐蚀铜合金具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种电连接器用耐蚀铜合金，通过调整Ni、Sn含量以及添加P、Mn、B、Al等微量元素，在保持力学、电学等性能的基础上，改善合金的耐腐蚀性能，从而省去电连接器接触材料的电镀工序，不仅有利于环境保护，而且进一步降低了材料成本。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种电连接器用耐蚀铜合金，其合金元素的重量百分比为：Ni 0.3％～1.0％，Sn2.0％～3.5％，P 0.05％～0.3％，Mn 0.05％～0.5％，B 0.001％～0.01％，Al 0.05～0.3％，剩余部分由Cu及不可避免的杂质组成。所述铜合金成分需满足2.5％≤Ni+Sn≤4.0％，3≤Ni/Al≤15。
所添加元素的作用分别为：
Sn元素固溶在Cu基体中，增加合金的强度和热稳定性，提高合金的铸造质量，提高合金的加工性能。Sn可以使铜的钝化膜更加致密和稳定，从而提高铜的耐蚀性。
Ni元素可以与Cu无限固溶，固溶于铜基体中可提高合金的强度。增加Ni含量可以提高合金的电化学钝态性能，从而提高耐蚀能力。Ni对铜合金的导电性影响比Sn元素小；同时Ni可以与P、B、Al等元素形成析出相，进一步提高合金的强度的耐蚀性。但过多的Ni+Sn元素总量会导致电导率的明显下降，因此需将总量控制在2.5％≤Ni+Sn≤4.0％之间。
P元素可以细化晶粒，合金微观组织的细化程度对Sn元素的偏析程度具有显著的影响，组织细化有利于改善合金元素分布均匀性，可使Sn元素的偏析程度降低，从而提高耐蚀性能。P元素还可以增加熔体流动性，与Ni形成镍磷相，提高合金的强度。
Mn固溶在铜合金中可以提高合金的强度和弹性，且能提高合金的耐蚀性，但Mn含量过高会导致合金硬度过高不利于合金的加工。
B元素可与铜中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物，呈细小的球形质点均布于晶粒内，细化晶粒，也可以与Ni形成耐腐蚀性较好的化合物Ni3B，不但提高铜的力学性能与加工性能，还有利于提升合金的耐腐蚀能力。
Al元素在合金中形成Ni3Al相，产生时效强化，提高材料合金的强度和硬度。此外，Ni3Al相本身具有良好的耐蚀性能，其均匀分布在合金基体内，对于合金整体耐蚀性能的提升起到一定的促进作用。而由于时效强化相的产生，有必要对Ni/Al比进行相应的设计，以充分发挥合金的耐蚀性和强度，需满足3≤Ni/Al≤15。
本发明还提供了上述电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其加工方法为采用水平连铸工艺进行拉铸，包括以下工艺流程：a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼；b.水平连铸；c.铣面；d.粗轧；e.切边；f.一次中间退火；g.酸洗；h.精轧；i.成品退火；j.酸洗；k.分剪入库。
步骤a中，所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1150～1240℃。
步骤b中，水平连铸拉铸速度为120～160mm/min，带材出口温度控制在360℃～420℃。
步骤c中，将连铸后的带坯进行铣面处理，上下铣面量约0.6±0.05mm，主要去除表层氧化皮及细小凹坑缺陷。
步骤d中，将铣面后的带坯进行冷粗轧开坯，初轧开坯的总变形量为65～85％。
步骤f中，将切边后的冷轧带材放置在钟罩式退火炉中进行中间退火，一次中间退火热处理的温度为480～530℃，保温时间为4～7h。
步骤h中，将酸洗后的带材进行精轧，所述精轧的总变形量为50～65％。
步骤i中，将精轧后的带材放置在钟罩式退火中进行成品退火，成品退火温度为400～440℃，退火时间为1～4h。
本发明的优点在于：与其他传统锡磷青铜相比，本发明的电连接器用耐蚀铜合金通过调整Ni、Sn元素含量，并设计添加Al、Mn、B等合金元素，显著提高了合金的耐腐蚀能力，并保证了合金的强度、塑性和导电性能，可以省去电镀工序而直接用于电连接器中，降低了生产成本。采用水平连铸的工艺方式，通过调整铸造工艺，解决了铸造组织偏析严重，成材率低的问题。
本发明的电连接器用耐蚀铜合金的抗拉强度可达到480～530MPa，维氏硬度HV150～175，延伸率11～20％，导电率25～38％IACS，24小时盐雾试验失重比例为0.01～0.02％，48小时盐雾试验失重比例为0.03～0.06％。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
本发明的电连接器用耐蚀铜合金，具有如下特点：其合金元素的重量百分比为：Ni0.3％～1.0％，Sn 2.0％～3.5％，P 0.05％～0.3％，Mn 0.05％～0.5％，B 0.001％～0.01％，Al 0.05～0.3％，剩余部分由Cu及不可避免的杂质组成。所述铜合金成分需满足2.5％≤Ni+Sn≤4.0％，3≤Ni/Al≤15。
本发明还提供了上述电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其加工方法为采用水平连铸工艺进行拉铸，包括以下工艺流程：a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼；b.水平连铸；c.铣面；d.粗轧；e.切边；f.一次中间退火；g.酸洗；h.精轧；i.成品退火；j.酸洗；k.分剪入库。
以下通过具体实例对本发明的技术方案作进一步描述，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1：
合金的成分见表1的实施例1。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1200℃。
2、水平连铸：拉铸速度为140mm/min，带材出口温度控制在380℃～390℃。
3、铣面：上下铣面为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为75％。
5、一次中间退火：热处理的温度为500℃，保温时间为6h。
6、精轧：总变形量为55％。
7、成品退火：成品退火温度为420℃，退火时间为2h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例1。
实施例2：
合金的成分见表1的实施例2。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1220℃。
2、水平连铸：拉铸速度为125mm/min，带材出口温度控制在380℃～390℃。
3、铣面：上下铣面量为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为70％。
5、一次中间退火：热处理的温度为510℃，保温时间为5h。
6、精轧：总变形量为62％。
7、成品退火：成品退火温度为430℃，退火时间为2h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例2。
实施例3：
合金的成分见表1的实施例3。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1170℃。
2、水平连铸：拉铸速度为145mm/min，带材出口温度控制在390℃～400℃。
3、铣面：上下铣面为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为80％。
5、一次中间退火：热处理的温度为475℃，保温时间为7h。
6、精轧：总变形量为50％。
7、成品退火：成品退火温度为410℃，退火时间为3h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例3。
实施例4：
合金的成分见表1的实施例4。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1200℃。
2、水平连铸：拉铸速度为125mm/min，带材出口温度控制在400℃～410℃。
3、铣面：上下铣面为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为65％。
5、一次中间退火：热处理的温度为520℃，保温时间为7h。
6、精轧：总变形量为55％。
7、成品退火：成品退火温度为430℃，退火时间为4h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例4。
实施例5：
合金的成分见表1的实施例5。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1200℃。
2、水平连铸：拉铸速度为130mm/min，带材出口温度控制在380℃～390℃。
3、铣面：上下铣面为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为70％。
5、一次中间退火：热处理的温度为490℃，保温时间为5h。
6、精轧：总变形量为65％。
7、成品退火：成品退火温度为430℃，退火时间为3h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例5。
实施例6：
合金的成分见表1的实施例6。
1、熔炼：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1200℃。
2、水平连铸：拉铸速度为150mm/min，带材出口温度控制在370℃～380℃。
3、铣面：上下铣面为0.6±0.05mm。
4、粗轧：总变形量为75％。
5、一次中间退火：热处理的温度为500℃，保温时间为6h。
6、精轧：总变形量为55％。
7、成品退火：成品退火温度为420℃，退火时间为4h。
经上述工艺处理，铜合金的性能测试结果见表2中的实施例6。
表1实施例1-6的合金成分配方(wt.％)
实施例 Ni Sn P Mn B Al Cu
实施例1 0.5 2.2 0.06 0.1 0.003 0.12 余量
实施例2 0.63 2.1 0.08 0.22 0.002 0.21 余量
实施例3 0.42 2.7 0.14 0.12 0.003 0.09 余量
实施例4 0.87 2.33 0.24 0.25 0.005 0.15 余量
实施例5 0.65 3.1 0.11 0.16 0.004 0.17 余量
实施例6 0.44 2.2 0.07 0.09 0.007 0.09 余量
表2实施例1-6的合金性能表

Claims (10)

1.一种电连接器用耐蚀铜合金，其合金元素的重量百分比为：Ni0.3％～1.0％，Sn2.0％～3.5％，P0.05％～0.3％，Mn0.05％～0.5％，B0.001％～0.01％，Al0.05～0.3％，剩余部分由Cu及不可避免的杂质组成。
2.根据权利要求1所述的电连接器用耐蚀铜合金，其特征在于：所述铜合金成分元素含量需满足2.5％≤Ni+Sn≤4.0％，3≤Ni/Al≤15。
3.权利要求1或2所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼；b.水平连铸；c.铣面；d.粗轧；e.切边；f.一次中间退火；g.酸洗；h.精轧；i.成品退火；j.酸洗；k.分剪入库。
4.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)、镍硼中间合金、铝(Al)、磷铜中间合金，其次加入锰(Mn)、硼(B)，最后加入锡(Sn)，所述熔炼温度为1150～1240℃。
5.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述水平连铸拉铸速度为120～160mm/min，带材出口温度控制在360℃～420℃。
6.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述上下铣面量约0.6±0.05mm。
7.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述初轧开坯的总变形量为65～85％。
8.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述一次中间退火热处理的温度为480～530℃，保温时间为4～7h。
9.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述精轧的总变形量为50～65％。
10.根据权利要求3所述的电连接器用耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于：所述成品退火温度为400～440℃，退火时间为1～4h。
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