CN111636011A - 一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金及制备方法 - Google Patents

一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金，该铜镍硅合金的各个组分及其质量百分比分别为：1.5～2.5％Ni；0.5～1.0％Nb；0.5～0.8％Si；0.05～0.12％Mg；0.12～0.2％Zn；0.1～0.15％Fe；其他杂质元素含量不大于0.20％，余量为铜。本发明还公开了一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金的制备方法。本发明能够满足现代化大规模集成电路引线框架端子和高精密接插端子对铜合金材料的使用要求。

Description

一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金及制备方法
技术领域
本发明属于合金处理技术领域，具体涉及一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金及其制备方法。
背景技术
目前铜基引线框架材料主要是采用复杂合金化原则，在牺牲导电率的前提下，提高合金的强度和综合性能。目前，国内外开发的引线框架用铜合金已有百余种，按材料的性能基本可分为高导电型、中导电中强度型、低导电中强度型和高强度型。
已公开的引线框架用铜合金中，导电率高的材料，其强度偏低；而强度达到使用的要求的材料，导电率偏低，影响使用，且达不到高强度和高导电率的兼顾，不能够满足现代化大规模集成电路引线框架端子和高精密接插端子对铜合金材料的使用要求。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金，该铜镍硅合金具有高强度、高导电率和良好的成形性，能够满足现代化大规模集成电路引线框架端子和高精密接插端子对铜合金材料的使用要求。
本发明的目的之二，在于提供一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金的制备方法。
为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金，所述铜镍硅合金的各个组分及其质量百分比分别为：
1.5～2.5％Ni；0.5～1.0％Nb；0.5～0.8％Si；0.05～0.12％Mg；0.12～0.2％Zn；0.1～0.15％Fe；其他杂质元素含量不大于0.2％，余量为铜。
进一步的，所述铜镍硅合金的电率为47IACS％以上，抗拉强度为830～870MPa，屈服强度为770～820Mpa，硬度为250～270HV。
进一步的，所述Nb的质量百分比为0.75～0.95％。
进一步的，所述Nb的质量百分比为0.55～0.65％。
进一步的，所述Nb的质量百分比为0.8～0.9％。
为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、将阴极铜、电解镍、铜铌中间合金、工业硅、金属镁、锌、铜铁中间合金依次装入中频真空感应电炉进行熔化和熔炼，得到金属液；
其中，电解镍、铜铌中间合金、工业硅、金属镁、锌、铜铁中间合金和阴极铜的质量比为：
(15～25)：(5～10)：(5-8)：(0.5～1.4)：(1.5～2.6)：(3～5)：(53～71)；
步骤二、将金属液转移到保温炉中，在氩气保护下进行静置扒渣；于1340～1360℃和50～60m3/h冷却水流量下，以35±5mm/min速度浇铸成铸锭；
步骤三、将铸锭置在开然气步进式加热炉中加热升温至900～930℃后保温6～10小时，然后依次进行热轧和在线固溶处理，得到坯料；
步骤四、将坯料进行表面机加工处理后依次进行冷轧和退火或冷加工；
步骤五、将退火或冷加工后的坯料进行加热升温至300～500℃，保温120～360min后依次进行表面清洗和钝化。
进一步的，步骤一中，所述熔化的时间为30～60min，保温时间为5～20min；
所述熔炼的温度为1270～1300℃；所述熔炼过程中采用氩气保护。
进一步的，步骤二中，铸造温度为1260～1290℃，铸造速度为30～40mm/min；
冷却水流量50～60m3/h，结晶器振动频率为3～7次/min。
进一步的，步骤四中，所述冷轧和退火或冷加工的次数为多次；
单个冷轧的轧程的加工率控制在40～75％。
本发明中铌、镍、硅、锌、镁和铁各个元素的性能如下：
铌：铌元素具有很高的熔点和良好的塑性，经过热加工和多次大加工率的冷加工后，均匀弥散分布的铌粒子在低铍的铜镍硅合金中形成有序的复合结构，极大的提高了铜镍硅合金的强度和硬度，同时对低铍的铜镍硅合金的导电率影响不大。
镍：镍元素能够提高合金的时效硬化效果。
硅：能够固溶于铜中，明显地提高其强度，具有固溶强化效应，当硅从固相中析出时，又产生了弥散强化效果，导电和导热性能得到了恢复。
锌：锌元素能够提高合金的流动性，缩小结晶温度区间，减轻逆偏析，同时显著提高成形性，使材料无论是沿轧制方向还是垂直于轧制方便折弯，均不发生开裂问题；
镁：能与低熔点杂质形成高熔点化合物，消除有害作用，提高铜及合金的塑性，减少冷加工的裂纹。
铁：铁元素在细化晶粒、延缓再结晶过程中，能够提高合金的强度与硬度；
本发明的有益效果：
本发明中的铌、镍、硅、锌、镁和铁等多种元素熔炼后在铜基体中形成复杂的有序的复合结构，经过冷加工和固溶时效处理后，提高了铜镍硅合金的强度与硬度，同时保证了良好的成形性，又能保持较高的导电率，完全能够满足现代化大规模集成电路引线框架端子和高精密接插端子对铜合金材料的使用要求，显著提升国内引线框架材料的生产制造水平；本发明的铜镍硅合金的电率为47％IACS以上，抗拉强度为830～870MPa，屈服强度为770～820Mpa，硬度为250～270HV，其折弯性能(R/T＝1.0)沿轧制方向和垂直于轧制方向折弯均不开裂。
具体实施方式
实施例1：
1、按照配比方式，将7610公斤阴极铜、145公斤电解镍、80公斤纯铌、50公斤工业硅、7公斤金属镁、12公斤锌、100公斤CuFe10中间合金、6公斤锡配好，按照先后次序放入熔炼炉中进行熔炼，其熔炼温度为1320℃，熔炼60min，保温时间20min。
2、将保温好的铜液转称移到保温炉中，进行静置扒渣，用氩气保护，然后浇铸成的铸锭，铸造时控制温度1340℃，铸造速度控制在40mm/min，冷却水流量60m3/h。
3、将铸造出的铸锭放入箱式电阻炉中加热，温度为900℃，保温时间为10小时。然后出炉热轧至15mm厚，进行在线固溶处理。
4、在双面铣削机组上对物料在热轧过程中产生的表面的氧化层进行机械铣削处理，确保物料在后续轧制过程中的表面质量。
5、在粗轧机上分两个轧程，轧至1.2mm厚，单个轧程的加工率分别为71％和70％，在两个轧程中间配合中间退火和表面清洗。中间退火是为软化材料，为下一个轧程作准备，表面清洗是为了消除轧制过程中表面可能产生的轻微氧化等小缺陷。
6、在中精轧机上轧至0.4mm，加工率为67％。然后进行表面清洗及释放张力。
7、将轧至成品厚度的物料在460℃下保温320min，时效处理。
本实施例的铜镍硅合金材料的成分、导电率、成形性和力学性能(包括抗拉强度和硬度)的检测结果如表1-1、1-2、1-3和1-4。
表1-1成分检测(单位：％)
Figure BDA0002468102880000051
表1-2导电率检测结果
Figure BDA0002468102880000052
表1-3成形性检测结果
Figure BDA0002468102880000053
表1-4力学性能检测结果
Figure BDA0002468102880000054
Figure BDA0002468102880000061
实施例2：
按照配比方式，将7370公斤阴极铜、120公斤电解镍、350公斤铜铌中间合金、56公斤工业硅、9公斤金属镁、14公斤锌、80公斤CuFe10中间合金、6公斤锡配好，按照先后次序放入熔炼炉中进行熔炼，其熔炼温度为1380℃，熔炼30min，保温时间5min。
2、将保温好的铜液转称移到保温炉中，进行静置扒渣，用氩气保护，然后浇铸成的铸锭，铸造时控制温度1360℃，铸造速度控制在30mm/min，冷却水流量50m3/h。
3、将铸造出的铸锭放入箱式电阻炉中加热，温度为930℃，保温时间为6小时。然后出炉热轧至13mm厚，进行在线固溶处理。
4、在双面铣削机组上对物料在热轧过程中产生的表面的氧化层进行机械铣削处理，确保物料在后续轧制过程中的表面质量。
5、在粗轧机上分两个轧程，轧至1.2mm厚，单个轧程的加工率分别为72％和74％，在两个轧程中间配合中间退火和表面清洗。中间退火是为软化材料，为下一个轧程作准备，表面清洗是为了消除轧制过程中表面可能产生的轻微氧化等小缺陷。
6、在中精轧机上轧至0.5mm，加工率为58％。然后进行表面清洗及释放张力。
7、将轧至成品厚度的物料在480℃下保温280min，时效处理。
本实施例的铜镍硅合金材料的成分、导电率、成形性和力学性能(包括抗拉强度和硬度)的检测结果如表2-1、2-2、2-3和2-4。
表2-1成分检测(单位：％)
Figure BDA0002468102880000071
表2-2导电率检测结果
Figure BDA0002468102880000072
表2-3成形性检测结果
Figure BDA0002468102880000073
表2-4力学性能检测结果
Figure BDA0002468102880000074
实施例3：
1、按照配比方式，将7490公斤阴极铜、134公斤电解镍、100公斤纯铌、53公斤工业硅、8公斤金属镁、13公斤锌、90公斤CuFe10中间合金、6公斤锡配好，按照先后次序放入熔炼炉中进行熔炼，其熔炼温度为1350℃，熔炼45min，保温时间10min。
2、将保温好的铜液转称移到保温炉中，进行静置扒渣，用氩气保护，然后浇铸成的铸锭，铸造时控制温度1350℃，铸造速度控制在35mm/min，冷却水流量55m3/h。
4、将铸造出的铸锭放入箱式电阻炉中加热，温度为910℃，保温时间为8小时。然后出炉热轧至14mm厚，进行在线固溶处理。
5、在双面铣削机组上对物料在热轧过程中产生的表面的氧化层进行机械铣削处理，确保物料在后续轧制过程中的表面质量。
6、在粗轧机上分两个轧程，轧至1.3mm厚，单个轧程的加工率分别为70％和75％，在两个轧程中间配合中间退火和表面清洗。中间退火是为软化材料，为下一个轧程作准备，表面清洗是为了消除轧制过程中表面可能产生的轻微氧化等小缺陷。
7、在中精轧机上轧至0.45mm，加工率为62％。然后进行表面清洗及释放张力。
8、将轧至成品厚度的物料在470℃下保温300min，时效处理。
本实施例的铜镍硅合金材料的成分、导电率、成形性和力学性能(包括抗拉强度和硬度)的检测结果如表3-1、3-2、3-3和3-4。
表3-1成分检测(单位：％)
Figure BDA0002468102880000081
Figure BDA0002468102880000091
表3-2导电率检测结果
Figure BDA0002468102880000092
表3-3成形性检测结果
Figure BDA0002468102880000093
表3-4力学性能检测结果
Figure BDA0002468102880000094
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金，其特征在于，所述铜镍硅合金的各个组分及其质量百分比分别为：
1.5～2.5％Ni；0.5～1.0％Nb；0.5～0.8％Si；0.05～0.12％Mg；0.12～0.2％Zn；0.1～0.15％Fe；其他杂质元素含量不大于0.20％，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的铜镍硅合金，其特征在于，所述铜镍硅合金的电率为47IACS％以上，抗拉强度为830～870MPa，屈服强度为770～820Mpa，硬度为250～270HV。
3.根据权利要求1或2所述的铜镍硅合金，其特征在于，所述Nb的质量百分比为0.75～0.95％。
4.根据权利要求1或2所述的铜镍硅合金，其特征在于，所述Nb的质量百分比为0.55～0.65％。
5.根据权利要求1或2所述的铜镍硅合金，其特征在于，所述Nb的质量百分比为0.8～0.9％。
6.一种高强度高导电良好成形性的铜镍硅合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、将阴极铜、电解镍、铜铌中间合金、工业硅、金属镁、锌、铜铁中间合金和锡依次装入中频真空感应电炉进行熔炼，得到金属液；
其中，电解镍、铜铌中间合金、工业硅、金属镁、锌、铜铁中间合金和阴极铜的质量比为：
(15～25)：(5～10)：(5-8)：(0.5～1.4)：(1.5～2.6)：(3～5)：(52～70)；
步骤二、将金属液转移到保温炉中，在氩气保护下进行静置扒渣；于1340～1360℃和50～60m3/h冷却水流量下，以35±5mm/min速度浇铸成铸锭；
步骤三、将铸锭置在开然气步进式加热炉中加热升温至900～930℃后保温6～10小时，然后依次进行热轧和在线固溶处理，得到坯料；
步骤四、将坯料进行表面机加工处理后依次进行冷轧和退火或冷加工；
步骤五、将退火或冷加工后的坯料进行加热升温至300～500℃，保温120～360min后依次进行表面清洗和钝化。
7.根据权利要求6所述的铜镍硅合金的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述熔炼的温度为1320～1380℃；所述熔炼的时间为30～60min，保温时间为5～20min；所述熔炼过程中采用氩气保护。
8.根据权利要求6所述的铜镍硅合金的制备方法，其特征在于，步骤二中，铸造温度为1260～1290℃，铸造速度为30～40mm/min；冷却水流量50～60m3/h，结晶器振动频率为3～7次/min。
9.根据权利要求6～8中任意一项所述的铜镍硅合金的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述冷轧和退火或冷加工的次数为多次；
单个冷轧的轧程的加工率控制在40～75％。
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