CN115627380B - 一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法，包括以下质量百分比成分：Ni1.0‑1.8％，Si0.15‑0.25％，P0.01‑0.03％,Zn0.2‑0.5％,Sn0.02‑0.05％，Mg≤0.02％，余量为Cu。与现有技术相比，本发明通过镍含量较低的成分设计，控制Ni：Si＝4～8：1，实现低浓度镍成分，配合本申请的制备工艺，能够实现控制析出相的大小、分布，分布更均匀，析出相更小，在提高产品导电率的同时，具有较高的强度，而且，产品折弯表面光滑，改善折弯表面有橘皮的问题。

Description

一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铜合金领域，具体涉及一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法。
背景技术
铜镍硅材料具有较高的强度、优良的导电、抗应力松弛及导热性能好等特点，是航空航天、卫星导航系统、5G通讯、新型汽车、网络基站、智能家居、大规模集成电路等重点领域所必须和急需的关键基础材料。但导电导、热性能比传统的铜铁合金要低，不能满足一些零件的导电、导热需求，但铜铁合金又存在强度不够问题。
现有技术中，2010年6月2日公开的公开号为CN 101717877A的中国专利，公开了一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法，镍1.6-2.2％,硅0.4-0.8％,稀土合金0.008％,铜96.002-97.002％。上述铜镍硅青铜合金材料,是通过配料、熔炼、铸造、锯切、挤压、拉伸、矫直、检验、包装入库这些工艺制备,本发明所述的一种铜镍硅青铜合金材料,抗应力腐蚀能力增强；性能主要变化有硬度值降低,晶粒度减小。但是，该技术采用稀土合金，成本高，而且，产品性能强度较低，不能达到本领域对铜镍硅合金材料性能要求。
2018年6月22日公开的公开号为CN108193080A的中国专利，公开了高强度、高导电耐应力松弛铜镍硅合金材料及其制备方法，成分为：为：Ni 1.5～3.5％，Co 0.2～0.5％，Si0.25～1.0％，Cr 0.05～0.5％，Mg 0.05～0.1％，混合稀土0.005～0.01％，混合稀土为Gd和Ce，其中Gd与Ce的质量比为2:1，其余为Cu。通过熔炼及铸造，热轧，固溶处理，铣面，一次冷轧，一次时效处理，二次冷轧，二次时效处理等工序得到该合金材料。该合金材料具有高强度、高导电、优良应力松弛性能、耐磨、耐蚀等性能，可以用于制作引线框架和弹性元件，广泛应用于电子电器、航空航天、仪器仪表等行业。其采用了混合稀土0.005～0.01％，混合稀土为Gd和Ce，成本高，市场竞争力小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法，通过设计成分中镍含量较低，实现低浓度镍，配合本申请的制备工艺，能控制析出相的大小、分布，提高材料的强度和导电率。
本发明具体技术方案如下：
一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
Ni1.0-1.8％，Si0.15-0.25％，P0.01-0.03％,Zn0.2-0.5％,Sn0.02-0.05％，Mg≤0.02％，余量为Cu。
所述低浓度铜镍硅合金材料，成分中，Ni：Si＝4-8：1；
所述低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：600～700Mpa；屈服强度：550～680MPa；
所述低浓度铜镍硅合金材料，导电性能达到≥60％ IACS；
所述低浓度铜镍硅合金材料，折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现任何缺陷。
所述低浓度铜镍硅合金材料的析出相的大小在100nm以下；
本发明提供的一种低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼；
2)铸造；
3)热轧；
4)一次固溶处理；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理；
8)时效处理；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
步骤1)所述熔炼，在1200-1300℃条件下进行；
步骤2)所述铸造，在1180-1250℃进行；
步骤3)中，控制热轧温度930-990℃；
步骤4)中所述一次固溶处理，处理温度700℃以上；
步骤7)中所述二次固溶处理是指：通过气垫炉二次固溶处理；处理温度700℃～850℃，处理时间10～30秒；
步骤8)时效处理具体为：450～550℃处理8～12小时；
步骤11)中所述去应力退火，退火温度450～550℃，退火时间5～15秒。
与现有技术相比，本发明通过镍含量较低的成分设计，控制Ni：Si＝4～8：1，实现低浓度镍成分，配合本申请的制备工艺，能够实现控制析出相的大小、分布，使析出相分布更均匀，析出相更小，在提高产品导电率的同时，具有较高的强度，而且，产品折弯表面光滑，改善折弯表面有橘皮的问题。本发明制备的材料大大的提高了材料的导电性能，使得导电性能达到铜铁合金水平，且强度和耐腐蚀性大大优于铜铁合金。
附图说明
图1为对比例3产品折弯表面，有橘皮；
图2为实施例1产品折弯表面，光滑；
图3为对比例3产品组织图；
图4为实施例1产品组织图。
具体实施方式
实施例1
一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
Ni 1.1％，Si 0.16％，P0.01％,Zn0.2％,Sn0.03％，Mg0.01％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝6.88：1。
实施例1低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：在1243℃条件下进行；
2)铸造：在1211℃条件下进行；
3)热轧：热轧温度975℃；
4)一次固溶处理；处理温度736℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理：通过气垫炉二次固溶处理；温度730℃，处理时间15秒；
8)时效处理：在500℃处理10小时；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
实施例1生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：635Mpa，屈服强度：580MPa；导电性能达到64％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑，如图2；实施例1产品组织图，如图4，析出相的大小在100nm以下。
实施例2
一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
Ni 1.2％，Si0.17％，P0.02％,Zn0.23％,Sn0.03％，Mg0.011％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝7.06：1。
实施例2低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：熔炼温度1251℃；
2)铸造：铸造温度1196℃；
3)热轧：热轧温度983℃；
4)一次固溶处理：处理温度721℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理：采用气垫炉二次固溶处理，温度750℃，时间15秒；
8)时效处理：在460℃处理12小时；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火：退火温度450℃，处理时间15秒；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
实施例2生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：643Mpa；屈服强度：583MPa；导电性能达到62％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现缺陷，折弯表面光滑。
实施例3
一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
Ni 1.5％，Si 0.20％，P 0.01％,Zn 0.3％,Sn 0.03％，Mg 0.010％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝7.5：1。
实施例3低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：熔炼温度为1280℃；
2)铸造：铸造温度为1232℃；
3)热轧：控制热轧温度969℃；
4)一次固溶处理：处理温度717℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理：采用气垫炉二次固溶处理，处理温度820℃，处理时间10秒；
8)时效处理：时效处理温度550℃，处理时间8小时；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火：退火温度550℃，退火时间7秒；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
实施例3生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：648Mpa；屈服强度：593Mpa；导电性能达到63％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现缺陷，折弯处表面光滑。
对比例1
一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：Ni1.2％，Si0.22％，P0.01％,Zn0.2％,Sn0.04％，Mg0.013％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝5.5：1
对比例1铜镍硅合金材料的生产方法如下：
1)熔炼：熔炼温度1235℃；
2)铸造：铸造温度1217℃；
3)热轧：热轧温度987℃；
4)一次固溶处理；处理温度717℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理：气垫炉二次固溶处理；处理温度730℃，时间15秒；
8)时效处理：时效处理温度400℃，时间12小时；
9)清洗；
10)冷轧；
11)去应力退火：退火温度500℃，退火时间10秒；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
对比例1铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：573Mpa；屈服强度：478Mpa；导电性能达到51％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑。
对比例2
一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
Ni1.1％，Si0.31％，P0.011％,Zn0.21％,Sn0.03％，Mg0.01％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝3.5：1。
对比例2的生产方法如下：
1)熔炼：控制熔炼温度1268℃；
2)铸造：铸造温度1232℃；
3)热轧；热轧温度983℃；
4)一次固溶处理；温度721℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理：气垫炉二次固溶处理730℃，时间15秒；
8)时效处理：处理温度500℃,时间10小时；
9)清洗；
10)一次冷轧；
11)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
对比例2铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：651Mpa；屈服强度：569Mpa导电性能达到56％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑。
对比例3
一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：Ni 1.3％，Si 0.21％，P0.01％,Zn0.3％,Sn0.03％，Mg0.012％，余量为Cu，成分中，Ni：Si＝6.2：1
对比例3的生产方法同实施例1，区别在于不进行二次固溶处理。
1)熔炼：熔炼温度1251℃；
2)铸造：铸造温度1207℃；
3)热轧；热轧温度983℃；
4)固溶处理；处理温度727℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)时效处理：处理温度500℃,时间10小时；
8)清洗；
9)二次冷轧；
10)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
11)矫正；
12)分切；
13)包装。
对比例3铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：623Mpa；屈服强度：571Mpa；导电性能达到63％ IACS；折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度折弯开裂。图1为对比例3产品折弯表面，有橘皮。图3为对比例3产品组织图，析出相尺寸较大，不均匀。

Claims (8)

1.一种低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料包括以下质量百分比成分：
Ni1.0-1.8％，Si0.15-0.25％，P0.01-0.03％,Zn0.2-0.5％,Sn0.02-0.05％，Mg≤0.02％，余量为Cu；
所述低浓度铜镍硅合金材料，成分中，Ni：Si＝4-8：1；
所述低浓度铜镍硅合金材料的析出相的大小在100nm以下；
所述低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼；
2)铸造；
3)热轧；
4)一次固溶处理，处理温度700℃以上；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理，处理温度700℃～850℃，处理时间10～30秒；
8)时效处理：450～550℃处理8～12小时；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
2.根据权利要求1所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料，600～700MPa；屈服强度：550～680MPa；导电性能达到≥60％IACS。
3.根据权利要求1或2所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料的折弯性能：横向纵向在R/T＝1.5，180度不出现任何缺陷。
4.一种权利要求1-3任一项所述低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)熔炼；
2)铸造；
3)热轧；
4)一次固溶处理；
5)铣面；
6)一次冷轧；
7)二次固溶处理；
8)时效处理；
9)清洗；
10)二次冷轧；
11)去应力退火；
12)矫正；
13)分切；
14)包装。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，控制热轧温度930-990℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤7)中所述二次固溶处理是指：处理温度700℃～850℃，处理时间10～30秒。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤8)时效处理具体为：450～550℃处理8～12小时。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤11)中所述去应力退火，退火温度450～550℃，退火时间5～15秒。
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GR01 Patent grant
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