CN112063879A - 一种高导电高弹性钯基合金、热处理工艺及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电高弹性钯基合金、热处理工艺及用途,该钯基合金包括质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素,改性元素为La、Ce、Gd、Y、Ga、Zr和B中的一种或两种。其热处理工艺,包括配料、熔炼、浇铸、轧制、退火、拉拔和中间退火步骤,完成中间退火步骤后,还需对制得合金丝材进行时效固溶强化处理。该钯基合金电导率在15~25%IACS之间,弹性模量在115~125GPa之间,硬度Hv0.1在360~460之间,电阻温度系数在2.0~4.0×10‑4K‑1之间,屈服强度在1075~1125MPa之间,延伸率在2~10%之间。可用于微电机电刷丝、电位器电刷丝和半导体测试探针,其中,探针可为Cobra探针、悬臂式探针、垂直式探针或弹簧式探针。
Description
技术领域
本发明涉及电接触金属材料技术领域,具体为一种高导电高弹性钯基合金、热处理工艺及用途。
背景技术
微电机、精密电位器用弹性电刷、半导体测试探针以及电位式传感器,要求合金既具有优良的电接触性能,又具有高的弹性性能与耐磨性能,贵金属合金能满足这些特殊要求。因此世界各地广泛使用了含贵金属元素的多元合金,其中最著名的是PallineyTM7六元合金,其成分为35Pd-10Au-10Pt-30Ag-14Cu-1Znwt.%。但该合金电导率非常低,约为5.5%IACS。难以满足半导体制造领域里,持续且快速缩小的器件尺寸和增加的处理能力,即单位面积更高的晶体管数量和更快的处理速度;同时,微电机和精密电位器朝着小型化、轻质、高速方向发展的趋势也对电刷材料提出了更高的要求。商业合金PalineyTMH3C和PalineyTMC具有PalineyTM7近乎三倍的电导率值,但缺乏许多新应用所需的载流容量,且该类合金处于完全时效硬化条件下时难以加工为复杂的、高公差的形状。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足,发明人进一步的设计研究,将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素进行合金配料,其中,改性元素为La、Ce、Gd、Y、Ga、Zr和B中的一种或两种,改性元素的添加,可以细化合金晶粒,改善组织均匀性,改善析出相形态,提高合金力学、电学性能。
具体的,本发明提供了一种高导电高弹性钯基合金、热处理工艺及用途。
本发明是这样实现的,一种高导电高弹性钯基合金,包括质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素,所述改性元素为La、Ce、Gd、Y、Ga、Zr和B中的一种或两种。
进一步的,包括质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag和1.5~5wt.%的Ru。
进一步的,包括质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0.01~1.5wt.%的改性元素。
一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,包括配料、熔炼、浇铸、轧制、退火、拉拔和中间退火的步骤,完成所述拉拔和中间退火步骤后,还需对制得的合金丝材进行时效固溶强化处理;
其中,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素进行合金配料;
所述熔炼步骤为:配比好的合金配料采用真空高频感应炉充入高纯氩气后升温熔炼,其中,所述真空高频感应炉真空度为10-2Pa;
所述浇铸步骤为:待合金配料完全熔化后,精炼5min,吸铸到水冷铜模中获得圆棒状铸锭,其中,冷却水进水温度为18℃,冷却水流量为20L·min-1;
所述轧制、退火、拉拔和中间退火步骤为:圆棒状铸锭经过均匀化处理后,水淬至室温,进行轧制;轧制道次变形量为10%,总变形量为75%时进行退火;当棒材直径至Φ8.0mm时,进行室温拉拔,拉拔道次变形量为8%,拉拔总变形量达到60%进行中间退火,直至加工成Φ0.50mm的丝材。
进一步的,所述时效固溶强化处理的固溶处理温度为850~950℃,时效处理温度为350~500℃,保温时间为30~120min。
进一步的,所述时效固溶强化处理的固溶处理温度优选为950℃,时效处理温度优选为480℃。
进一步的,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag和1.5~5wt.%的Ru进行合金配料。
进一步的,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0.01~1.5wt.%的改性元素进行合金配料。
进一步的,热处理工艺的电导率超过18%IACS。
一种高导电高弹性钯基合金作为微电机电刷丝材料、电位器电刷丝或者半导体测试探针材料的用途,所述半导体测试探针为Cobra探针、悬臂式探针、垂直式探针或弹簧式探针。
本发明的有益效果:
本发明热处理工艺中固溶处理温度在850~950℃之间。当温度在850℃以上时,该钯基合金为单相固溶体,由于从高温淬火到室温可以保持单相固溶体结构,因而该钯基合金有良好的加工性能。
本发明热处理工艺中时效处理温度在350~550℃之间。在350~550℃温度范围内作时效处理,能析出结构稳定的时效相,起到强化基体的作用。
该钯基合金在时效固溶强化处理后兼具高导电、高弹性、高硬度和低电阻温度系数的特性。其中,电导率在15~25%IACS之间,弹性模量在115~125GPa之间,硬度Hv0.1在360~460之间,电阻温度系数在2.0~4.0×10-4K-1之间,屈服强度在1075~1125MPa之间,延伸率在2~10%之间。可用于微电机电刷丝材料、电位器电刷丝和半导体测试探针,其中,探针可为Cobra探针、悬臂式探针、垂直式探针或弹簧式探针。
在该钯基合金中,Pd具有良好的化学稳定性,适于在弱电流、低接触压力的电器中使用。Cu的加入能改善Pd基合金电子性能和电接触性能,且Pd与Cu的质量比为1.10~1.60时导电性能较好。含量适中的Ag元素能显著提高Pd-Cu合金的强度。Ru的熔点为2250℃,具有良好的耐磨损、耐腐蚀能力,能提高合金的熔点、力学性能、耐腐蚀能力和抗电弧烧蚀能力。稀土元素La、Ce、Gd和Y,过渡金属元素Zr、Ga和Zr,以及轻元素B常作为微合金化元素,起到细化晶粒、净化晶界、降低合金元素在晶界的扩散速度、抑制晶界裂纹的萌生和扩展、降低晶界能量和改善晶界析出相形态的作用,提高材料的力学和电学性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施例,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
(1)将纯度超过99.99%的金属原料,按质量百分比为46%的Pd、38%的Cu、12%的Ag、3.5%的Ru和0.5%的Ce进行合金配料。
(2)配比好的合金配料采用真空高频感应炉充入高纯氩气后升温熔炼,其中,所述真空高频感应炉真空度为10-2Pa。
(3)待合金配料完全熔化后,精炼5min,吸铸到水冷铜模中获得圆棒状铸锭,其中,冷却水进水温度为18℃,冷却水流量为20L·min-1。
(4)圆棒状铸锭经过950℃均匀化处理8h后,水淬至室温,进行轧制。轧制道次变形量为10%,总变形量为75%时进行退火,退火温度为850℃,退火时间30min。当棒材直径至Φ8.0mm时,进行室温拉拔,拉拔道次变形量为8%,拉拔总变形量达到60%进行中间退火,退火温度850℃,退火时间30min,直至加工成Φ0.50mm的丝材。
(5)合金丝材经900℃固溶处理2h后,在480℃时效处理90min。
该钯基合金的各性能为:
性能 | |
屈服强度/MPa | 1068 |
延伸率/% | 9.6 |
Hv<sub>0.1</sub> | 426 |
电导率/%IACS | 21.8 |
20℃电阻温度系数/×10<sup>-4</sup>K<sup>-1</sup> | 2.8 |
弹性模量/GPa | 121 |
实施例2
(1)采用纯度超过99.99%的金属原料,按质量百分比为49.5%的Pd,35%的Cu,10%的Ag,4.5%的Ru,0.5%的La和0.5%的Ga进行合金配料。
(2)配比好的合金配料采用真空高频感应炉充入高纯氩气后升温熔炼,其中,所述真空高频感应炉真空度为10-2Pa。
(3)待合金配料完全熔化后,精炼5min,吸铸到水冷铜模中获得圆棒状铸锭,其中,冷却水进水温度为18℃,冷却水流量为20L·min-1。
(4)圆棒状铸锭经过950℃均匀化处理8h后,水淬至室温,进行轧制。轧制道次变形量为10%,总变形量为75%时进行退火,退火温度为850℃,退火时间30min。当棒材直径至Φ8.0mm时,进行室温拉拔,拉拔道次变形量为8%,拉拔总变形量达到60%进行中间退火,退火温度850℃,退火时间30min,直至加工成Φ0.50mm的丝材。
(5)合金丝材经900℃固溶处理2h后,在480℃时效处理90min。
该钯基合金的各性能为:
性能 | |
屈服强度/MPa | 1128 |
延伸率/% | 8.2 |
Hv<sub>0.1</sub> | 442 |
电导率/%IACS | 18.6 |
20℃电阻温度系数/×10<sup>-4</sup>K<sup>-1</sup> | 3.2 |
弹性模量/GPa | 118 |
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种高导电高弹性钯基合金,其特征在于,包括质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素,所述改性元素为La、Ce、Gd、Y、Ga、Zr和B中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种高导电高弹性钯基合金,其特征在于,包括质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag和1.5~5wt.%的Ru。
3.根据权利要求1所述的一种高导电高弹性钯基合金,其特征在于,包括质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0.01~1.5wt.%的改性元素。
4.一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,包括配料、熔炼、浇铸、轧制、退火、拉拔和中间退火的步骤,其特征在于,完成所述拉拔和中间退火步骤后,还需对制得的合金丝材进行时效固溶强化处理;
其中,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为40~60wt.%的Pd、25~45wt.%的Cu、5~15wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0~2.0wt.%的改性元素进行合金配料;
所述熔炼步骤为:配比好的合金配料采用真空高频感应炉充入高纯氩气后升温熔炼,其中,所述真空高频感应炉真空度为10-2Pa;
所述浇铸步骤为:待合金配料完全熔化后,精炼5min,吸铸到水冷铜模中获得圆棒状铸锭,其中,冷却水进水温度为18℃,冷却水流量为20L·min-1;
所述轧制、退火、拉拔和中间退火步骤为:圆棒状铸锭经过均匀化处理后,水淬至室温,进行轧制;轧制道次变形量为10%,总变形量为75%时进行退火;当棒材直径至Φ8.0mm时,进行室温拉拔,拉拔道次变形量为8%,拉拔总变形量达到60%进行中间退火,直至加工成Φ0.50mm的丝材。
5.根据权利要求4所述的一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,其特征在于,所述时效固溶强化处理的固溶处理温度为850~950℃,时效处理温度为350~500℃,保温时间为30~120min。
6.根据权利要求5所述的一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,其特征在于,所述时效固溶强化处理的固溶处理温度优选为950℃,时效处理温度优选为480℃。
7.根据权利要求4所述的一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,其特征在于,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag和1.5~5wt.%的Ru进行合金配料。
8.根据权利要求4所述的一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,其特征在于,所述配料步骤为:将纯度超过99.99%的金属原料按质量百分比为45~55wt.%的Pd、30~40wt.%的Cu、8~12.5wt.%的Ag、1.5~5wt.%的Ru和0.01~1.5wt.%的改性元素进行合金配料。
9.根据权利要求4~8所述的一种高导电高弹性钯基合金的热处理工艺,其特征在于,热处理工艺的电导率超过18%IACS。
10.一种高导电高弹性钯基合金作为微电机电刷丝材料、电位器电刷丝或者半导体测试探针材料的用途,所述半导体测试探针为Cobra探针、悬臂式探针、垂直式探针或弹簧式探针。
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