CN115491542B

CN115491542B - 一种蚀刻型均温板铜铬锆合金带材及其加工方法和应用

Info

Publication number: CN115491542B
Application number: CN202211187773.6A
Authority: CN
Inventors: 贺玲慧; 佟庆平; 李永帅; 赵天胜; 郑殿水; 武长入; 刘静
Original assignee: Zhongse Zhengrui Shandong Copper Industry Co ltd
Current assignee: Zhongse Zhengrui Shandong Copper Industry Co ltd
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2042-09-28
Also published as: CN115491542A

Abstract

本发明公开了一种5G用蚀刻型均温板铜铬锆合金带材及其加工方法和应用，蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，由以下重量百分含量的原料组成：铬0.15%‑0.7%，锆0.05%‑0.25%，硅0.1%‑0.3%，余量为铜和杂质，厚度为0.03~0.15mm。加工方法具体包括熔炼铸造、固溶、热轧和在线淬火、板带加工和拉弯矫直。通过控制带材内部第二相情况的方法来改善材料蚀刻厚度均匀性的问题，该铜铬锆合金带材的导热系数大于320W/(mK)，远高于C5191铜合金的导热系数，导热效果好，同时兼具较高的强度和电导率，完全满足5G电子产品用均温板的发展要求。

Description

一种蚀刻型均温板铜铬锆合金带材及其加工方法和应用

技术领域

本发明属于5G材料技术领域，具体涉及一种5G用蚀刻型均温板铜铬锆合金带材及其加工方法和应用。

背景技术

均温板主要用于对手机、电脑等电子产品的发热元件进行导热和散热的作用，有效降低发热元件的温升值，维持电子产品的持久运行。随着5G时代的到来，许多电子元器件逐步向高性能、微小化、模块化的趋势发展，高性能电子元器件单位面积的发热功大幅跃升，势必造成其热应力增加和表面温度的升高，这对材料的导热性和抗高温软化性能均提出了更高的要求。另外，手机、电脑等电子产品也逐渐向薄型化方向发展，因此均温板用铜合金材料向超薄带发展是必然趋势，为了实现均温板的薄量化发展，其采用的铜合金材料的高强度化也尤为重要。

当前的均温板用材料通常为C5191铜合金，其导热系数75W/（m▪K），随着高性能电子元器件单位面积发热功的大幅提高，该材料导热系数偏低，将无法满足未来5G电子产品用均温板的散热需求。另一方面，一直以来，均温板用铜合金带材中残余应力导致蚀刻后翘曲的质量问题仍然未得到解决，同时还存在蚀刻后厚度不均的问题。

综上所述，研究一种能够满足5G电子产品用均温板的散热和蚀刻需求的合金带材具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的均温板用材料导热系数低、蚀刻后翘曲及蚀刻后厚度不均的问题，本发明提供了一种蚀刻型均温板铜铬锆合金带材及其加工方法和应用，铜铬锆合金带材厚度范围为0.03-0.15mm，并具有较高强度带材产品的开发完全满足与5G电子产品用均温板的发展需求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，由以下重量百分含量的原料组成：铬0.15%-0.7%，锆0.05%-0.25%，硅0.1%-0.3%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%；所述的铜铬锆合金带材厚度为0.03~0.15mm。

进一步地，铬重量百分含量为0.25%-0.35%，铜铬锆合金带材厚度为0.03~0.1mm.

在本发明中，所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的制备方法，包括以下步骤：

（1）熔炼铸造：按照铜铬锆合金化学组成进行熔炼、拉铸成铸坯；

（2）固溶：采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为800-1050℃，步进速率为6-16m/min；

（3）热轧+在线淬火：固溶后的铸坯热轧成厚度10-17mm的热轧坯料，热轧终轧温度为700-800℃,热轧完成后直接水冷在线淬火；

（4）板带加工：步骤（3）中在线淬火后的坯料依次进行铣面、冷加工、清洗、切边和时效处理，加工成铜铬锆合金带材；

所述的冷加工包括粗轧、中间轧、终轧和成品轧；粗轧和中间轧道次加工率为60~90%，终轧道次加工率为15~60%，成品轧道次加工率＜15%；

（5）拉弯矫直。

进一步地，步骤（1）中熔炼好的铜铬锆合金熔液通过立式半连铸方式拉铸成铸坯，并对半凝固状态的铜铬锆合金液进行搅拌；熔炼温度为1200-1300℃，拉铸温度为1100-1200℃。

进一步地，步骤（4）中时效处理温度为350~500℃，保温时间为2~12h。

进一步地，所述的中间轧和终轧之间包括中间时效处理，度为400~550℃，保温时间为2~6h。

本发明中，所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材在5G电子产品中的应用。

将熔炼好的铜铬锆合金熔液通过立式半连铸方式拉铸成一定长度的铸坯，在结晶器处安装一个电磁搅拌器，将结晶器中半凝固状态合金液进一步搅拌均匀，保证成分分布的均匀性和组织均匀性。在本步骤中，控制铬含量0.25%-0.35%，效果较佳，该含量下的铬容易在均匀化过程完全回溶，减少粗大第二相存在的可能，避免蚀刻的不均匀性。合金元素中硅元素的添加是为了与Cr形成Cr₃Si和CrSi₂等物相，进一步钉扎Cr元素，防止Cr相的粗化。

热轧后，坯料直接进行在线水冷，控制坯料在金相显微镜的1000X视场下的第二相数量在500-3000个，尺寸≤1μm第二相个数占比＜60%，其中占比＜50%更佳，控制第二相情况极为重要，因为在热轧阶段极易出现第二相快速析出、粗化和聚集长大的现象。

粗轧和中间轧制控制轧程加工率大于60%的目的是使基体发生充分的变形，增加基体中位错的数量，在后续时效处理时，为第二相析出提供更多形核点，促进第二相弥散析出。终轧轧程加工率控制在15%-60%，成品轧道次加工率≤15%，工作辊辊径45mm-50mm，对保证带材最终的平整度极为重要。成品轧制的目的是结合时效处理控制成品的性能。

在罩式炉中进行350℃-500℃时效处理，控制垂直轧制方向断面第二相颗粒长径方向大小＞1.0μm的颗粒个数占比≤55%的组织状态，其中第二相颗粒长径方向大小＜1.0μm的颗粒占比≤25%更佳，对于改善产品蚀刻后厚度均匀性极为有效，拉弯矫直对坯料进行反复弯曲矫直后，使带材内部的应力重新更加均匀的分布。

在铜铬锆系铜合金带材中为了提升蚀刻后材料厚度的均匀性，创新性的提出通过控制带材内部第二相情况的方法来改善材料的蚀刻厚度均匀性问题。采用1000倍高倍金相显微镜对带材中垂直轧制断面中第二相颗粒进行检测，得到垂直轧制方向断面第二相长径方向大小≤1.0μm的颗粒个数占比≤25%的组织状态极为有效。为了减少成品带材中第二相长径方向大小≤1.0μm的颗粒个数占比，通过合理的热轧-在线淬火工艺保证铜基体中铬相尽可能固溶于基体，保证1000倍高倍金相显微镜下检测的热轧坯垂直轧制断面中长径方向大小＞1.0μm的第二相颗粒占比＞40%，并在粗轧与成品轧制之间进行一定温度的时效处理，减少粗大第二相颗粒对蚀刻后材料厚度均匀性的影响，是极为有效的手段。

有益效果

本发明制备的0.03~0.15mm蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，通过控制带材内部第二相情况的方法来改善材料蚀刻厚度均匀性的问题，该铜铬锆合金带材的导热系数大于320W/(mK)，远高于C5191铜合金的导热系数，导热效果好，同时兼具较高的强度和电导率，完全满足5G电子产品用均温板的发展要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的的技术方案做进一步说明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；如未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

蚀刻型均温板铜铬锆合金带材由以下重量百分比成分组成：铬0.3%，锆0.1%，硅0.1%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%，铜铬锆合金带材厚度为0.1mm；

上述蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的制备方法为：

（1）熔炼铸造：按照铜铬锆合金化学组成进行熔炼，熔炼温度为1280℃，熔炼好的铜铬锆合金熔液通过立式半连铸方式拉铸成铸坯，并在结晶器出安装一个电磁搅拌器，将结晶器中半凝固状态合金进一步搅拌均匀，保证成分分布的均匀性和组织均匀性，拉铸温度为1150℃；

（2）固溶：步骤（1）中的铸坯采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为800-1050℃，步进速率为10m/min；

（3）热轧+在线淬火：固溶后的铸坯热轧成厚度14mm的热轧坯料，热轧终轧温度为800℃，热轧完成后直接水冷在线淬火；

（4）板带加工：步骤（3）中在线淬火后的坯料依次进行粗轧、中间轧、中间时效处理、终轧、成品轧、清洗、切边和成品时效处理，加工成厚度为0.1mm的铜铬锆合金带材；

上述粗轧的道次加功率为88%，中间轧道次加功率为85%，终轧道次加功率为52%，成品轧道次加功率为14%，成品轧制使用轧辊直径50mm；

中间时效处理温度为450℃，保温时间为4h，成品时效处理温度为380℃，保温时间12h；

坯料在热轧和在线淬火处理后，取样进行第二相组织分析，在金相显微镜的1000X视场下的热轧后坯料横断面中第二相，尺寸≤1μm的占比约为48%，中间时效处理后，尺寸≤1μm的占比约为30%，成品时效处理后≤1μm的占比约为23.5%；

（5）拉弯矫直。

实施例2

蚀刻型均温板铜铬锆合金带材由以下重量百分比成分组成：铬0.3%，锆0.1%，硅0.1%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%，铜铬锆合金带材厚度为0.15mm；

上述蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的制备方法为：

（3）热轧+在线淬火：固溶后的铸坯热轧成厚度16mm的热轧坯料，热轧终轧温度为750℃，热轧完成后直接水冷在线淬火；

（4）板带加工：步骤（3）中在线淬火后的坯料依次进行粗轧、中间轧、中间时效处理、终轧、成品轧、清洗、切边和成品时效处理，加工成厚度为0.15mm的铜铬锆合金带材；

上述粗轧的道次加功率为85%，中间轧道次加功率为85%，终轧道次加功率为52%，成品轧道次加功率为13%，成品轧制使用轧辊直径50mm；；

坯料在热轧和在线淬火处理后，取样进行第二相组织分析，在金相显微镜的1000X视场下的热轧后坯料横断面中第二相，尺寸≤1μm的占比约为55%，中间时效处理后，尺寸≤1μm的占比约为34%，成品时效处理后≤1μm的占比约为26.5%；

（5）拉弯矫直。

实施例3

蚀刻型均温板铜铬锆合金带材由以下重量百分比成分组成：铬0.3%，锆0.1%，硅0.1%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%，铜铬锆合金带材厚度为0.12mm；

上述蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的制备方法为：

（4）板带加工：步骤（3）中在线淬火后的坯料依次进行粗轧、中间轧、中间时效处理、终轧、成品轧、清洗、切边和成品时效处理，加工成厚度为0.12 mm的铜铬锆合金带材；

上述粗轧的道次加功率为85%，中间轧道次加功率为85%，终轧道次加功率为56%，成品轧道次加功率为14%，成品轧制使用轧辊直径50mm；

中间过程时效处理温度为450℃，保温时间为4h，成品时效处理温度为380℃，保温时间12h；

坯料在热轧和在线淬火处理后，取样进行第二相组织分析，在金相显微镜的1000X视场下的热轧后坯料横断面中第二相，尺寸≤1μm的占比约为52%，中间时效处理后，尺寸≤1μm的占比约为35%，成品时效处理后≤1μm的占比约为27%；

（5）拉弯矫直。

实施例4

蚀刻型均温板铜铬锆合金带材由以下重量百分比成分组成：铬0.3%，锆0.1%，硅0.1%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%，铜铬锆合金带材厚度为0.03mm；

上述蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的制备方法为：

（3）热轧+在线淬火：固溶后的铸坯热轧成厚度10mm的热轧坯料，热轧终轧温度为800℃，热轧完成后直接水冷在线淬火；

（4）板带加工：步骤（3）中在线淬火后的坯料依次进行粗轧、中间轧、中间时效处理、终轧、成品轧、清洗、切边和成品时效处理，加工成厚度为0.03mm的铜铬锆合金带材；

上述粗轧的道次加功率为90%，中间轧道次加功率为85%，终轧道次加功率分别为52%和50%，成品轧道次加功率为14%，成品轧制使用轧辊直径50mm；

坯料在热轧和在线淬火处理后，取样进行第二相组织分析，在金相显微镜的1000X视场下的热轧后坯料横断面中第二相，尺寸≤1μm的占比约为46%，中间时效处理后，尺寸≤1μm的占比约为28%，成品时效处理后≤1μm的占比约为20.5%；

（5）拉弯矫直。

对比例1

改变实施例1蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的元素组成，增加铬的含量变为0.7wt%，铜铬锆合金带材厚度及制备方法与实施例1相同。

对比例2

改变实施例1蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的元素组成，未添加Si，铜铬锆合金带材厚度及制备方法与实施例1相同。

对比例3

对比例3中蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的元素组成与实施例1相同，铸造过程未使电磁搅拌技术，铜铬锆合金带材厚度和其余操作步骤与实施例1相同。

对比例4

对比例4中蚀刻型均温板铜铬锆合金带材的元素组成与实施例1相同，使用常规的冷加工工艺：控制冷加工时的道次加功率均为48%，铜铬锆合金带材厚度和其余操作步骤与实施例1相同。

性能检测

对实施例1~4和对比例1~5中制备的铜铬锆合金带材的导热系数、抗压强度、导电率进行测定，其结果如下表1所示：

表1 实施例1~4和对比例1~5中制备的铜铬锆合金带材性能分析

通过本发明公开的合金组成及制备方法得到的0.03~0.15mm蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，通过控制带材内部第二相情况的方法来改善材料蚀刻厚度均匀性的问题，该铜铬锆合金带材的导热系数大于280W/(mK)，远高于C5191铜合金的导热系数，导热效果好，同时兼具较高的强度和电导率，完全满足5G电子产品用均温板的发展要求。

Claims

1.一种蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，其特征在于，由以下重量百分含量的原料组成：铬0.15%-0.7%，锆0.05%-0.25%，硅0.1%-0.3%，余量为铜和杂质，杂质含量低于0.1%；所述的铜铬锆合金带材厚度为0.03~0.15mm；

蚀刻型均温板铜铬锆合金带材通过以下方法制备

（5）拉弯矫直。

2.根据权利要求1所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，其特征在于，铬重量百分含量为0.25%-0.35%，铜铬锆合金带材厚度为0.03~0.1mm。

3.根据权利要求1所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，其特征在于，步骤（1）中熔炼好的铜铬锆合金熔液通过立式半连铸方式拉铸成铸坯，并对半凝固状态的铜铬锆合金液进行搅拌；熔炼温度为1200-1300℃，拉铸温度为1100-1200℃。

4.根据权利要求1所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，其特征在于，步骤（4）中时效处理温度为350~500℃，保温时间为2~12h。

5.根据权利要求1所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材，其特征在于，所述的中间轧和终轧之间包括中间时效处理，度为400~550℃，保温时间为2~6h。

6.一种权利要求1~5任一项所述的蚀刻型均温板铜铬锆合金带材在5G电子产品中的应用。