CN110512112B

CN110512112B - 一种铜合金及其制备方法和天线材料

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Publication number: CN110512112B
Application number: CN201810487722.2A
Authority: CN
Inventors: 田卡; 梁晓新; 杜勇; 何霜霜
Original assignee: Kunshan Microelectronics Technology Research Institute
Current assignee: Kunshan Microelectronics Technology Research Institute
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2038-05-21
Also published as: CN110512112A

Abstract

本发明提供了一种铜合金，成分为：0.2～1wt％的Mg；0.1～0.5wt％的Fe；0.1～0.5wt％的Sn；0.04～0.15wt％的Y；余量为Cu。本发明通过控制铜合金中的各种成分及成分含量，进一步的，在制备铜合金过程中经过高温挤压、固溶、冷变形和时效工艺，使这种铜合金同时具有较高的电导率、强度和耐蚀性，满足天线材料的使用要求，提高天线材料的使用寿命，而且这种铜合金材料的成本较低。本发明还提供了上述技术方案所述的铜合金的制备方法和一种天线材料。

Description

一种铜合金及其制备方法和天线材料

技术领域

本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种铜合金及其制备方法和天线材料。

背景技术

随着无线通讯的发展，天线的用途越来越广泛。电磁波的接收和发射需要借助于天线，选择导电性能好的材料，可以减少天线的损耗电阻，从而提高天线的效率及性能。天线经常暴露在空气中，受到太阳暴晒，雨水侵蚀，因此需要有一定的耐蚀性。现有技术所采用的天线材料一般为Cu-Ag合金，这种合金虽然具有良好的导电性，但Ag的价格比较贵，成本较高。在电场作用下，银离子从高电位向低电位迁移，形成絮状或者枝蔓状扩展，在高低电位相连边界上，容易形成黑色的氧化银，从而影响天线的性能。

因此，提供一种同时具有良好的强度、耐蚀性和电导率的天线材料，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铜合金及其制备方法和天线材料，本发明提供的铜合金作为天线材料同时具有良好的电导率、强度和耐蚀性。

本发明提供了一种铜合金，成分为：

0.2～1wt％的Mg；

0.1～0.5wt％的Fe；

0.1～0.5wt％的Sn；

0.04～0.15wt％的Y；

余量为Cu。

在本发明中，所述Mg的质量含量优选为0.3～0.8％，更优选为0.4～0.7％，最优选为0.5～0.6％。

在本发明中，所述Fe的质量含量优选为0.2～0.4％，更优选为0.25～0.35％，最优选为0.28～0.32％。

在本发明中，所述Sn的质量含量优选为0.2～0.4％，更优选为0.25～0.35％，最优选为0.28～0.32％。

在本发明中，所述Y的质量含量优选为0.05～0.12％，更优选为0.06～0.1％，最优选为0.07～0.08％。

本发明提供了一种上述技术方案所述的铜合金的制备方法，包括：

将镁源、锡源、铜源、铁源和钇源进行熔炼和浇铸，得到铜合金。

在本发明中，所述熔炼优选为真空熔炼，优选在真空熔炼炉中进行熔炼。

在本发明中，所述熔炼过程中优选将镁源和锡源分别用铜皮包裹，由于锡和镁的熔点较低，在熔炼过程中可能会产生蒸发，造成元素损失，在熔炼过程中采用铜皮包裹能够避免锡源和镁源的蒸发。在本发明中，所述熔炼的温度优选为1200～1250℃，更优选为1210～1240℃，最优选为1220～1230℃。在本发明中，所述熔炼过程中优选不断的进行搅拌；所述搅拌的时间优选为5～10分钟，更优选为6～9分钟，最优选为7～8分钟；所述搅拌的速度优选为10～30转/分，更优选为15～25转/分，最优选为18～22转/分。

在本发明中，所述浇铸的锭模优选为石英砂型模；所述锭模的形状优选为圆柱状。在本发明中，所述浇铸前优选在锭模表面涂刷脱模剂后燃烧，以利于脱模并提高制备得到铸锭的表面质量。在本发明中，所述脱模剂优选为酒精和煤油的混合物。在本发明中，优选涂刷脱模剂后用火点燃两次。在本发明中，所述浇铸的温度优选为1200～1250℃，更优选为1210～1240℃，最优选为1220～1230℃。

在本发明中，所述浇铸完成后优选进行冷却和脱模；所述脱模后优选进行切除冒口和去掉氧化皮。在本发明中，所述冷却的方法优选为水冷。

在本发明中，所述铜源优选为纯铜；所述纯铜的纯度优选大于等于99.9％，更优选为99.95％；所述铜源优选为阴极铜。

在本发明中，所述镁源优选为纯镁；所述纯镁的纯度优选大于等于99.9％，更优选为99.95％。

在本发明中，所述铁源优选为铜-铁中间合金；所述铜-铁中间合金中铁的质量含量优选为5～15％，更优选为8～12％，最优选为10％。

在本发明中，所述锡源优选为纯锡；所述纯锡的纯度优选大于等于99.9％，更优选为99.95％。

在本发明中，所述钇源优选为纯钇；所述纯钇的纯度优选大于等于99.9％，更优选为99.95％。

在本发明中，所述铜源、镁源、铁源、锡源和钇源的用量能够满足制备得到的铜合金的成分以及成分含量与上述技术方案所述的铜合金的成分及成分含量一致即可。

在本发明中，所述浇铸完成后优选将得到的铸锭进行挤压处理；所述挤压处理优选为：

将得到的铸锭进行加热后保温，再进行挤压。

在本发明中，所述加热的温度优选为850～900℃，更优选为860～890℃，最优选为870～880℃。在本发明中，所述保温的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。在本发明中，所述挤压优选在挤压机中进行。在本发明中，所述挤压的挤压比优选为4～6，更优选为4.5～5.5，最优选为5。在本发明中，铜和铁的熔点较高，在熔炼过程中率先凝固形成枝干，Mg、Sn的熔点较低，后凝固聚集在枝晶间；合金在熔炼过程中的成分分布不均匀，往往会造成枝晶偏析，影响合金的导电性，本发明通过在高温下进行挤压，能够有效减少枝晶偏析。

在本发明中，所述挤压完成后，优选将挤压后的合金进行固溶处理。在本发明中，所述固溶处理优选在管式炉中进行。在本发明中，所述固溶处理优选在保护性气氛下进行；所述保护性气氛优选为氩气。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为900～950℃，更优选为910～940℃，最优选为920～930℃。在本发明中，所述固溶处理的保温时间优选为80～100min，更优选为85～95min，最优选为90min。

在本发明中，所述固溶处理完成后优选进行水冷，以保留其固溶组织。

在本发明中，所述固溶处理完成后优选进行冷变形。在本发明中，所述冷变形的变形量优选为50～70％，更优选为55～65％，最优选为60％。

在本发明中，所述冷变形完成后优选进行时效处理，得到铜合金。在本发明中，所述时效处理的温度优选为400～490℃，更优选为420～480℃，最优选为440～460℃。在本发明中，所述时效处理的时间优选为5min～8h，更优选为15min～6h，更优选为30min～4h，最优选为1h～2h。

本发明提供了一种天线材料，所述天线材料为上述技术方案所述的铜合金，或者上述技术方案所述的方法制备得到的铜合金。

在本发明中，镁可以固溶于铜中，经过时效处理后以CuMg₂相的形式析出，能够提高铜合金的强度；加入的铁能够提高铜合金的耐蚀性，但是当铁含量过多时，会降低合金的腐蚀电位，降低其腐蚀性能，当铁的质量含量超过2％时易发生应力腐蚀；加入的锡能够提高合金熔炼时的流动性，抑制晶界反应，避免过时效过早的发生，从而提高铜合金的延伸率和耐蚀性；加入的微量稀土钇能够与杂质形成难以熔化的化合物，具有净化基体组织的作用，提高了合金中原子的结合力，从而提高铜合金的电导率和强度。我国拥有丰富的稀土资源，本发明中添加微量的稀土钇具有细化晶粒、除杂的作用，能够显著提高铜合金的综合性能。

本发明通过控制铜合金中的各种成分及成分含量，进一步的，在制备铜合金过程中经过高温挤压、固溶、冷变形和时效工艺，使这种铜合金同时具有较高的电导率、强度和耐蚀性，满足天线材料的使用要求，提高天线材料的使用寿命，而且这种铜合金材料的成本较低。

本发明提供的铜合金的制备方法工艺简单，生产成本低，经济效益好，作为天线材料具有良好的应用推广价值。实验结果表明，本发明提供的铜合金的抗拉强度能够达到185～223MPa，电导率达到63～80.9％IACS，延伸率达到27～40％，可完全满足天线材料的使用要求。与现有技术相比，本发明提供的铜合金同时具有良好的力学性能以及电导率，而且生产成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例5制备得到的铜合金高温挤压前的组织；

图2为本发明实施例5制备得到的铜合金高温挤压后的组织。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例所使用的铜源为纯度为99.95％的阴极铜；镁源为纯度为99.95％的纯镁；铁源为Cu-10％Fe中间合金；锡源为纯度为99.95％的纯锡；钇源为纯度为99.95％的纯钇。

实施例1

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.2wt％，Fe 0.4wt％，Sn 0.4wt％，Y 0.06wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源、钇源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1230℃，合金熔化后不断进行搅拌7分钟，搅拌的速度为20转/分。

将熔炼后的合金液浇铸到圆柱状的石英砂型模锭模中，浇铸前用刷子对锭模的内表面涂刷酒精和煤油的混合物作为脱模剂，然后用火点燃，反复两次，以利用脱模并提高得到的铸锭的表面质量；浇铸的温度为1230℃。

浇铸完成后进行水冷、脱模；脱模后切除冒口去掉氧化皮，得到合金铸锭。

将得到的合金铸锭放入箱式炉中加热至880℃，保温1小时，然后用卧式挤压机进行挤压处理，挤压比为5。

将挤压后的合金放入管式炉中进行固溶处理，整个固溶处理过程通氩气保护，固溶处理的温度为920℃，保温时间为90min，固溶处理结束后，立即进行水冷，保留固溶组织。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行460℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照YS/Z 478-2005《国际退火铜标准》，测试本发明实施例1制备得到的铜合金的电导率为77.3％IACS。

按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温测试方法》，测试本发明实施例1制备得到的铜合金的拉伸强度为194MPa。

按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温测试方法》，测试本发明比较例1制备得到的铜合金的延伸率为35.3％。

实施例2

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.2wt％，Fe 0.2wt％，Sn 0.2wt％，Y 0.1wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源、钇源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1220℃，合金熔化后不断进行搅拌7分钟，搅拌的速度为20转/分。

将熔炼后的合金液浇铸到圆柱状的石英砂型模锭模中，浇铸前用刷子对锭模的内表面涂刷酒精和煤油的混合物作为脱模剂，然后用火点燃，反复两次，以利用脱模并提高得到的铸锭的表面质量；浇铸的温度为1220℃。

将得到的合金铸锭放入箱式炉中加热至870℃，保温0.8小时，然后用卧式挤压机进行挤压处理，挤压比为4.8。

将挤压后的合金放入管式炉中进行固溶处理，整个固溶处理过程通氩气保护，固溶处理的温度为910℃，保温时间为85min，固溶处理结束后，立即进行水冷，保留固溶组织。

将固溶处理后的合金进行58％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行450℃1.5小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明实施例2制备得到的铜合金的电导率为77.6％IACS；铜合金的拉伸强度为198MPa；铜合金的延伸率为36.8％。

实施例3

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.2wt％，Fe 0.2wt％，Sn 0.2wt％，Y 0.04wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源、钇源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1240℃，合金熔化后不断进行搅拌9分钟，搅拌的速度为20转/分。

将熔炼后的合金液浇铸到圆柱状的石英砂型模锭模中，浇铸前用刷子对锭模的内表面涂刷酒精和煤油的混合物作为脱模剂，然后用火点燃，反复两次，以利用脱模并提高得到的铸锭的表面质量；浇铸的温度为1240℃。

将得到的合金铸锭放入箱式炉中加热至890℃，保温1.2小时，然后用卧式挤压机进行挤压处理，挤压比为5.2。

将挤压后的合金放入管式炉中进行固溶处理，整个固溶处理过程通氩气保护，固溶处理的温度为930℃，保温时间为95min，固溶处理结束后，立即进行水冷，保留固溶组织。

将固溶处理后的合金进行62％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行465℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明实施例3制备得到的铜合金的电导率为79.8％IACS；铜合金的拉伸强度为186MPa；铜合金的延伸率为34.1％。

实施例4

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.35wt％，Fe 0.4wt％，Sn 0.4wt％，Y 0.04wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源、钇源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1230℃，合金熔化后不断进行搅拌8分钟，搅拌的速度为20转/分。

将得到的合金铸锭放入箱式炉中加热至860℃，保温1.5小时，然后用卧式挤压机进行挤压处理，挤压比为5。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行470℃2小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明实施例4制备得到的铜合金的电导率为75.8％IACS；铜合金的拉伸强度为202MPa；铜合金的延伸率为37.1％。

实施例5

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.5wt％，Fe 0.2wt％，Sn 0.4wt％，Y 0.1wt％，余量为Cu。

将得到的合金铸锭放入箱式炉中加热至875℃，保温1小时，然后用卧式挤压机进行挤压处理，挤压比为5。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行460℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明实施例5制备得到的铜合金的电导率为67.4％IACS；铜合金的拉伸强度为223MPa；铜合金的延伸率为40.1％。

比较例1

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.2wt％，Fe 0.2wt％，Sn 0.2wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1230℃，合金熔化后不断进行搅拌7分钟，搅拌的速度为20转/分。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行460℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1的方法，测试本发明比较例1制备得到的铜合金的电导率为76.3％IACS；铜合金的拉伸强度为182MPa；铜合金的延伸率为27.1％。

比较例2

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.35wt％，Fe 0.2wt％，Sn 0.4wt％，余量为Cu。

将镁源、铁源、锡源和铜源在真空熔炼炉中进行熔炼，将镁源和锡源分别用铜皮包裹，放入真空熔炼炉中，熔炼的温度为1230℃，合金熔化后不断进行搅拌8分钟，搅拌的速度为20转/分。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行460℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明比较例2制备得到的铜合金的电导率为73.5％IACS；铜合金的拉伸强度为195MPa；铜合金的延伸率为29.6％。

比较例3

按照下述目标成分进行配料，制备铜合金：

Mg 0.5wt％，Fe 0.4wt％，Sn 0.2wt％，余量为Cu。

将固溶处理后的合金进行60％的冷变形加工。

将冷变形的合金进行460℃1小时的时效处理，得到铜合金。

按照实施例1所述的方法，测试本发明比较例3制备得到的铜合金的电导率为62.6％IACS；铜合金的拉伸强度为211MPa；铜合金的延伸率为32.1％。

由以上实施例可知，本发明提供了一种铜合金，成分为：0.2～1wt％的Mg；0.1～0.5wt％的Fe；0.1～0.5wt％的Sn；0.04～0.15wt％的Y；余量为Cu。本发明通过控制铜合金中的各种成分及成分含量，进一步的，在制备铜合金过程中经过高温挤压、固溶、冷变形和时效工艺，使这种铜合金同时具有较高的电导率、强度和耐蚀性，满足天线材料的使用要求，提高天线材料的使用寿命，而且这种铜合金材料的成本较低。

Claims

1.一种铜合金，成分为：

0.2~1wt%的Mg；

0.1~0.5wt%的Fe；

0.1~0.5wt%的Sn；

0.04~0.15wt%的Y；

余量为Cu；

所述的铜合金的制备方法，包括：

将镁源、锡源、铜源、铁源和钇源进行熔炼和浇铸，得到铜合金；

所述熔炼的温度为1200~1250℃；所述浇铸的温度为1200~1250℃；

所述浇铸完成后，还包括：

将浇铸后的铸锭进行挤压处理；

所述挤压处理过程中的加热温度为850~900℃；所述挤压处理过程中的保温时间为0.5~1小时；

所述挤压处理过程中的挤压比为4~6；

所述挤压处理完成后，还包括：

将挤压处理后的合金进行固溶处理；

所述固溶处理的温度为900~950℃；

所述固溶处理的保温时间为80~100min；

所述固溶处理完成后，还包括：

将固溶处理后的合金进行冷变形加工；

所述冷变形加工完成后，还包括：

将冷变形加工后的合金进行时效处理；

所述时效处理的温度为400~490℃；

所述时效处理的时间为5min~8h。

2.一种天线材料，所述天线材料为权利要求1所述的铜合金。