CN111020277B - 一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金 - Google Patents

一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu‑Fe‑Co‑Ti合金，包括如下成分的材料：纯度为99.99％的Cu，Fe，Co，Cu‑50Ti中间合金，Cu‑25Mg中间合金和不可避免的杂质，其中各元素的质量百分比分别为，Fe：0.49％～0.70％，Co：0.05％～0.20％，Ti：0.30％～0.50％，Mg：0％～0.06％，杂质≤0.05％，余量为Cu。本发明通过控制材料中(Fe+Co)/Ti的比例和Co/Fe的比例，并在材料中添加了Mg，显著地改善了产品性能，从而使得制备出的Cu‑Fe‑Co‑Ti合金具备高强导电性、高强抗软化性能和高抗应力性能。

Description

一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金
技术领域
本发明涉及合金熔炼加工领域，具体的涉及一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金。
背景技术
线框架带材集成电路的芯片载体，是电子信息产业中重要的基础材料，我国年需求量约20万吨。目前我国引线框架铜带主要以中低端应用的Cu-Fe-P系合金(C189200、C19400)为主，中高端运用C7025合金为主。
但C1892、C194、C7025和C7035在性能上依旧存在以下几个问题：①作为引线框架材料，C194拥有优异的电导率，但抗拉强度不足。②C7025合金虽然拥有优异的抗拉强度和电导率，但作为引线框架而言，合金需要拥有较高的抗软化温度和抗应力松弛性能，C7025的抗软化温度和抗应力松弛性能不足。因此，急需一种可以具备高强导电性、高抗软化性和高抗应力松弛性能的合金作为引线框架材料进行使用。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，能有效改善现有合金中部分性能不足的问题，提升合金的高强导电性、高抗软化性和高抗应力松弛性能。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，包括如下成分的材料：纯度为99.99％的Cu，纯Fe，纯Co，Cu-50Ti中间合金，Cu-25Mg中间合金和不可避免的杂质，其中各元素的质量百分比分别为，Fe：0.49％～0.70％，Co：0.05％～0.20％，Ti：0.30％～0.50％，Mg：0％～0.06％，杂质≤0.05％，余量为Cu；(Fe+Co)/Ti控制在1.9～2.1，Co/Fe控制在0.1～0.2。
上述合金的制备方法，包括如下步骤：
A、熔铸：先往炉中加入Cu，加热至1100℃待Cu熔化后，用木炭覆盖，升温至1550℃，再加入Fe和Co，保温5～10分钟，然后降温至1290℃后加入Cu-50Ti中间合金，保温2～8min，继续降温至1150℃后加入Cu-25Mg，保温1～5min，再加入质量为材料总质量1％～2％的冰晶石进行精炼除杂，保温5～10min，最后提高温度至1250℃～1300℃，进行半连续铸造制备合金铸坯，得到熔铸后的合金材料；
B、热轧：将步骤A中得到的熔铸后的合金材料放入电阻炉中保温，然后对材料进行热轧变形，起始热轧温度为850℃～940℃，热轧变形量为50％～80％，终轧温度在740℃～800℃，热轧后在室温下水冷，得到热轧完成的板带；
C、退火：将步骤B中得到的板带进行钟罩退火处理，退火过程中采用氢气做保护气氛，退火温度为550℃，得到退火完成的板带；
D、冷轧1：将步骤C中退火后的板带进行冷扎变形，冷扎变形的变形量为20％～30％，冷轧道次为1～3次，得到初步冷轧成型的板带；
E、铣面：对步骤D中得到的成型板带进行铣面，上下面总共铣去1～2mm，得到铣面完成的板带；
F、冷轧2：将步骤E中得到的板带进行第二次冷轧，冷扎变形的变形量为60％～80％，冷轧道次为7～9次，得到成型板带一；
G、冷轧3：对步骤F中得到的成型板带一进行开坯，冷扎变形的变形量为40％～55％，得到成型板带二；
H、精轧：对步骤G中得到的成型板带二进行4～6道次精轧，轧制的变形量为60％～70％，得到精轧板带；
I、时效：对步骤H中得到的精轧板带进行时效处理，时效温度为540℃～600℃，时效时间为1～3h，得到Cu-Fe-Co-Ti合金板带。
具体地，所述步骤C中，将退火完成后的板带进行保温冷却后，再进行步骤D的操作，保温时间为3h，冷却时间为6h。
具体地，所述步骤I中，对精轧板带进行时效处理时，需要通入氢气作为保护气氛。
3.有益效果
(1)本发明通过采用纯Cu，纯Fe，纯Co，Cu-50Ti中间合金，Cu-25Mg中间合金作为材料，并通过热轧，冷轧，时效等多种强化方式相结合制备Cu-Fe-Co-Ti合金板带，显著提高了合金的抗拉强度，使得合金的抗拉强度可以达到645Mpa，并且保持了合金较高的电导率，使得合金的电导率可以超过69％IACS，改善了现有合金中部分性能不足的问题，使得制备出的Cu-Fe-Co-Ti-Mg合金具备高强导电性，从而能满足引线框架材料的使用要求。
(2)本发明通过控制材料中(Fe+Co)/Ti的比例，使得(Fe+Co)/Ti的比例为1.9～2.1时，通过材料自身的低淬火敏感度，使得加工过程中仅需要对材料进行热轧水冷处理，即可得到良好的强度和电导率，无需再对材料进行高温固溶处理以及快速淬火工序，有效简化了加工步骤，避免了材料进行高温固溶处理所采用的设备投资和能源消耗，有效降低了生产成本，经济效益显著。
(3)本发明通过热轧、冷轧、时效、冷轧、时效的工艺，使得合金能通过多次冷轧变形来抑制晶粒的回复，并通过多次扎制和时效相结合的制备方式，有效使得制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金在保证较高电导率的同时，还能提升材料的强度和硬度，进一步改善合金的性能。
(4)本发明通过在合金材料中添加一定量的Mg元素，以便材料在热轧后直接水冷获得充足的溶质原子过饱和度后，通过Mg元素的介入，使得Mg元素的原子会在析出相和基体的界面处偏聚，隔绝了析出相和基体之间的扩散通道，使得相同时效条件下的析出相具有更小的尺寸，不但可以使得材料在时效过程中可以降低析出相和基体之间的界面能，使界面能以更低的形式存在，提高析出相的热稳定性，而且可以提高合金材料的强度，以便最终制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金具备抗高温软化性能和高抗应力松弛性。
综上，本发明所提供的一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，能有效改善现有合金性能不足的问题，通过将材料中(Fe+Co)/Ti的比例控制在1.9～2.1，Co/Fe的比例控制在0.1～0.2，避免了传统加工工艺需要进行高温固溶处理的步骤，降低生产成本，还能显著提高合金的抗拉强度，使得合金的抗拉强度可以达到645Mpa，电导率可以超过69％IACS，显著地改善了产品性能，同时通过在合金材料中添加一定量的Mg元素，可以获得高抗温软化性能和高抗应力松弛性的Cu-Fe-Co-Ti合金，以便制备出的合金作为引线框架的材料进行使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
实施例1
本发明所涉及的一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，其具体制备方法包括如下步骤:
A、熔铸：先往炉中加入Cu，加热至1100℃待Cu熔化后，用木炭覆盖，升温至1550℃，再加入Fe和Co，保温8分钟，然后降温至1290℃后加入Cu-50Ti中间合金，保温4min，继续降温至1150℃后加入Cu-25Mg，保温3min，再加入质量为材料总质量1％的冰晶石进行精炼除杂，保温8min，最后提高温度至1250℃，进行半连续铸造制备合金铸坯，得到熔铸后的合金材料；
B、热轧：将步骤A中得到的熔铸后的合金材料放入电阻炉中保温，然后对材料进行热变形，起始热轧温度为940℃，热轧变形量为65％，终轧温度在780℃，热轧后在室温下水冷，得到热轧完成的板带；
C、将步骤B中得到的板带进行钟罩退火处理，退火过程中采用氢气做保护气氛，退火温度为550℃，退火完成后保温冷却，得到退火完成的板带，对退火完成后的板带进行保温冷却，保温时间为3h，冷却时间为6h；
D、冷轧1：将步骤C中退火后的板带进行冷扎变形，冷扎变形的变形量为30％，冷轧道次为3次，得到初步冷轧成型的板带；
E、铣面：对步骤D中得到的成型板带进行铣面，上下面总共铣去2mm，得到铣面完成的板带；
F、冷轧2：将步骤E中得到的板带进行第二次冷轧，冷扎变形的变形量为80％，冷轧道次为9次，得到成型板带一；
G、冷轧3：对步骤F中得到的成型板带一进行开坯，冷扎变形的变形量为55％，得到成型板带二；
H、精轧：对步骤G中得到的成型板带二进行5道次精轧，轧制的变形量为60％，得到精轧板带；
I、时效：对步骤H中得到的精轧板带进行时效处理，并通入氢气作为保护气氛，时效温度为550℃，时效时间为2h，得到Cu-Fe-Co-Ti合金板带。
本实施例中，选取的材料各元素的质量百分比分别为Fe：0.63％，Co：0.06％，Ti：0.36％，Mg：0.06％，余量为Cu，且(Fe+Co)/Ti的比例为1.91，Co/Fe的比例为0.1，经上述加工步骤后制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表1：
Figure GDA0002387249000000071
表1
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，选取的材料元素质量百分比为Fe：0.59％，Co：0.1％，且Co/Fe的比例为0.15，重复实施例1的加工步骤后制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表2：
Figure GDA0002387249000000072
表2
其他同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，选取的材料中不添加Mg元素，重复实施例1的加工步骤后制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表3：
Figure GDA0002387249000000073
表3
其他同实施例1。
对比例1
此对比例与实施例1的区别在于，选取的材料元素质量百分比为Fe：0.5％，Co：0.05％，Ti：0.5％，Mg：0.05％，且(Fe+Co)/Ti的比例为1.1；加工过程中，在步骤D之后步骤E之前对板带进行980℃固溶淬火处理，保温时间为2h，并在步骤I的时效处理时，保持时效温度为600℃，时间为1h，最终制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表4：
Figure GDA0002387249000000081
表4
对比例2
此对比例与实施例1的区别在于，选取的材料元素质量百分比为Fe：0.7％，Co：0.07％，Ti：0.32％，Mg：0.05％，且(Fe+Co)/Ti的比例为2.4；加工过程中，在步骤D之后步骤E之前对板带进行980℃固溶淬火处理，保温时间为2h，并在步骤I的时效处理时，保持时效温度为600℃，时间为1h，最终制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表5：
Figure GDA0002387249000000082
表5
对比例3
此对比例与实施例1的区别在于，选取的材料元素质量百分比为Fe：0.49％，Co：0.02％，且Co/Fe的比例为0.41；加工过程中，在步骤D之后步骤E之前对板带进行980℃固溶淬火处理，保温时间为2h，并在步骤I的时效处理时，保持时效温度为600℃，时间为1h，最终制得的Cu-Fe-Co-Ti合金板带性能见表6：
Figure GDA0002387249000000091
表6
经上述实施例和对比例的对比可知，当(Fe+Co)/Ti的比例为1.91时，制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金抗拉强度最大可以达到660Mpa，而Co/Fe的比例仅对制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金电导率产生影响，且Co/Fe的比例控制在0.15时，制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金电导率超过了69％IACS，同时，对于未添加Mg元素制备出的Cu-Fe-Co-Ti合金，其抗拉强度明显下降，应力松弛率明显上升，且在Mg元素的含量在0.05时，保持较高的抗软化温度，因此可以得出，通过控制(Fe+Co)/Ti的比例和Co/Fe的比例，并在合金材料中添加一定量的Mg元素，可以制备出具有高强导电率、高抗软化性能和高抗应力松弛性的Cu-Fe-Co-Ti合金，且相较于传统加工工艺，减少了固溶淬火处理的工序，减少了相关设备的投入和资源的消耗，降低了生产成本，有利于实际推广。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，其特征在于，包括如下成分的材料：纯度为99.99％的Cu，纯Fe，纯Co，Cu-50Ti中间合金，Cu-25Mg中间合金和不可避免的杂质，其中各元素的质量百分比分别为，Fe：0.49％～0.70％，Co：0.05％～0.20％，Ti：0.30％～0.50％，Mg：0％～0.06％，杂质≤0.05％，余量为Cu；(Fe+Co)/Ti控制在1.9～2.1，Co/Fe控制在0.1～0.2，所述Mg质量百分比大于0；
上述合金的制备方法，包括如下步骤：
A、熔铸：先往炉中加入Cu，加热至1100℃待Cu熔化后，用木炭覆盖，升温至1550℃，再加入Fe和Co，保温5～10分钟，然后降温至1290℃后加入Cu-50Ti中间合金，保温2～8min，继续降温至1150℃后加入Cu-25Mg，保温1～5min，再加入质量为材料总质量1％～2％的冰晶石进行精炼除杂，保温5～10min，最后提高温度至1250℃～1300℃，进行半连续铸造制备合金铸坯，得到熔铸后的合金材料；
B、热轧：将步骤A中得到的熔铸后的合金材料放入电阻炉中保温，然后对材料进行热轧变形，起始热轧温度为850℃～940℃，热轧变形量为50％～80％，终轧温度在740℃～800℃，热轧后在室温下水冷，得到热轧完成的板带；
C、退火：将步骤B中得到的板带进行钟罩退火处理，退火过程中采用氢气做保护气氛，退火温度为550℃，得到退火完成的板带；
D、冷轧1：将步骤C中退火后的板带进行冷轧 变形，冷轧变形的变形量为20％～30％，冷轧道次为1～3次，得到初步冷轧成型的板带；
E、铣面：对步骤D中得到的成型板带进行铣面，上下面总共铣去1～2mm，得到铣面完成的板带；
F、冷轧2：将步骤E中得到的板带进行第二次冷轧，冷轧变形的变形量为60％～80％，冷轧道次为7～9次，得到成型板带一；
G、冷轧3：对步骤F中得到的成型板带一进行开坯，冷轧变形的变形量为40％～55％，得到成型板带二；
H、精轧：对步骤G中得到的成型板带二进行4～6道次精轧，轧制的变形量为60％～70％，得到精轧板带；
I、时效：对步骤H中得到的精轧板带进行时效处理，时效温度为540℃～600℃，时效时间为1～3h，得到Cu-Fe-Co-Ti合金板带。
2.根据权利要求1所述的一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，其特征在于：所述步骤C中，将退火完成后的板带进行保温冷却后，再进行步骤D的操作，保温时间为3h，冷却时间为6h。
3.根据权利要求1所述的一种高强导电、抗软化、抗应力松弛的Cu-Fe-Co-Ti合金，其特征在于：所述步骤I中，对精轧板带进行时效处理时，需要通入氢气作为保护气氛。
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