CN1353774A - 铜合金 - Google Patents

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    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Abstract

本发明涉及铜－镁－磷合金。在第一种实施方式中,本发明的铜－镁－磷合金含约0.01－约0.25重量%的镁、约0.01－约0.2重量%的磷、约0.001－约0.1重量%的银、约0.01－约0.25重量%的铁,以及余量的铜及不可避免的杂质,优选镁－磷比大于1.0。在第二实施方式中,本发明的铜－镁－磷合金含约0.01－约0.25重量%的镁、约0.01－约0.2重量%的磷、任选约0.001－约0.1重量%的银、约0.05%－0.2重量%的镍和/或钴中的至少一种,以及余量的铜及不可避免的杂质。

Description

铜合金
发明背景
本发明涉及含有镁和磷的铜合金，其具有90％IACS或更高的电导率以及明显提高的强度。
长期以来，铜可通过与不同元素的合金提高强度。除了个别情况之外，添加物在增加了强度的同时不成比例地降低了电导率。峰值拉伸强度约为60ksi的纯铜具有100％IACS的电导率。因此，纯铜的强度×电导率的系数为6,000(60×100)单位。作为一种最古老的铜合金，黄铜的强度高达104ksi，但电导率急剧降低。弹壳黄铜是一种最常用的黄铜，其强度×电导率的系数低于3,000单位。其它合金诸如青铜和铜-镍合金的强度×电导率系数远低于纯铜。
具有低添加元素含量的合金，其电导率约为90％IACS，具有强度和电导率的最佳组合。例如，锆铜可用于制备强度为70ksi以及电导率为90％IACS的片。这些合金的强度×电导率的系数峰值约为6300单位。但是，由于性质差异较大，这些合金难以制备且不具良好的可成形性。
含有镁和磷的合金是公知的。例如，Finlay等的美国专利3,677,745公开了含有0.01-5.0重量％的镁，0.002-4.25重量％的磷，以及余量铜的铜合金。该专利还公开了分别具有0.02-0.2重量％和0.01-2.0重量％的任选的银和/或镉添加物的铜-镁-磷合金。
Finlay等的合金具有如下的性质：
i)拉伸强度(T.S.)为90ksi和70％IACS电导率(强度×电导率系数＝6,300)；
ii)T.S.55ksi和95％IACS电导率(强度×电导率系数＝5,225)；以及
iii)T.S.80ksi和70％IACS电导率(强度×电导率系数＝5,600)。
此类合金具有强度和电导率的最佳组合，在某些情况下比纯铜还好。此类合金具有优异的可成形性；但是，它们的耐热性有限。在短时间内暴露于高温下时采用高电导率合金。此类合金尽管可在710°F下明显保持其强度，但暴露于800°F的温度下即使只有几分钟它们的强度也将显著降低。
Knorr等的美国专利4,605,532公开了一种合金，其组成基本如下：约0.3-1.6重量％的铁，最多一半的铁含量由镍、锰、钴以及其混合物来替代，约0.01-约0.2重量％的镁，约0.10-约0.40％的磷，最高约0.5重量％锡或锑以及其混合物，和余量的铜。Knorr等的合金基于高磷镁比，其至少为1.5∶1，并且优选高于2.5∶1。其结果就是，尽管Knorr等的合金中的所有镁都将与磷结合，象铁和钴的其它元素将大量留在溶体中。电导率因此将受到损害。Knorr等的合金也含有1-3微米的粗颗粒。因此，Knorr等的合金延展性、可成形性、耐软化性较差，且强度×电导率系数低。
Guerlet等的美国专利4,427,627涉及一种铜合金，基本上包含0.10-0.50重量％的钴，0.04-0.25重量％的磷，以及余量的铜。钴和磷的添加量经确定为钴磷比在2.5∶1和5∶1之间，优选在2.5∶1和3.5∶1之间。镍和/或铁可取代部分钴；但是，所述镍和铁的含量不超过0.15％，其中，镍含量小于0.05重量％，铁含量小于0.10重量％。Guerlet等的合金可包含一种或一种以上的以下添加物：镁为0.01-0.35％，优选为0.01-0.15重量％；镉为0.01-0.70％，优选为0.01-0.25％；银为0.01-0.35％，优选为0.01-0.15％；锌为0.01-0.70％，优选为0.01-0.2重量％；以及锡为0.01-0.25％，优选为0.01-0.1重量％。该发明的合金之缺陷在于，未能认识到形成一定大小的二磷化三镁和/或磷化铁颗粒以改善可成形性、延展性、保持高强度时的耐软化性和电导率等物理性质。
Futatsuka等的美国专利4,750,029公开了一种用于半导体设备的铜基铅材料。所述材料基本组成如下：约0.05-0.25重量％的锡，0.01-0.2重量％的银，0.025-0.1重量％的磷，0.05-0.2重量％的镁，其余为铜和不可避免的杂质。P/Mg比例为0.60-0.85以形成镁和磷的化合物或Mg3P2。此类合金的强度×电导率系数较低。
在日本专利55-47337和59-20439中也公开了其它的铜-镁-磷合金。该′337专利公开了一种铜合金，含有0.004-0.7％磷，0.01-0.1％镁，0.01-0.5％铬，以及余量铜。此类合金在退火条件下具有80-90％IACS电导率；但是强度×电导率系数不理想。该′439专利公开了一种铜合金，含有2-5％铁，0.2-1.0％镁，0.3-1.0％磷，以及余量铜。此类合金具有高强度和极低的电导率。
在日本专利53-19920涉及一种铜合金，其含有0.004-0.04％磷，0.01-0.20％的一种或一种以上的镁、硅、锰、砷和锌，以及余量铜。此类合金具有80-90％IACS电导率，其强度较低。
Hensel等的美国专利2,171,697涉及一种铜-镁-银合金。银含量为0.05-15％，镁含量为0.05-3％。该专利的首页上指出，铜镁合金含有少量的铍、钙、锌、镉、铟、硼、铝、硅、钛、锆、锡、铅、钍、铀、锂、磷、钒、砷、硒、碲、锰、铁、钴、镍以及铬，可通过加入前述含量的银予以改善。当然，该专利未能认识到形成二磷化三镁和/或磷化铁来达到一系列非常理想的物理性能。
最近，Olin公司获得了美国专利5,868,877。该专利涉及一种铜-铁-镁-磷合金，其具有和Olin已有合金C197相同的组分。Olin还开发出代号为19710和19720的新合金，已经进入市场。这些合金含有磷、镁、铁、镍、钴和/或锰，但不含银。合金19710含有0.03-0.6重量％的镁，0.07-0.15％的磷，0.05-0.40％铁。最多0.1％的镍和钴，0.05％锰，以及余量的铜。代号为19720的合金公开数据表明在温和条件下具有80％IACS电导率，以及在硬化回火时的拉伸强度为60-70ksi。
虽然已有上述合金，仍然需要具有高电导率、高强度和优良延展性、可成形性以及耐软化性的合金。
发明简述
因此，本发明的一个目的是要提供一种铜合金，其拉伸强度能达到约为80ksi，并且具有90％IACS或以上的电导率。
本发明的另一个目的是要提供上述合金，其与类似的合金相比较并且在按R/T(半径比厚度)弯曲比率进行测试时，具有同样或更好的可成形性。
本发明的另一个目的是要提供上述合金，其具有更佳的延展性和耐软化性。
前述目的可由本发明的铜合金来实现。
在第一个实施例中，本发明的铜-镁-磷合金组成基本如下：约0.01-约0.25重量％的镁，约0.01-约0.2重量％的磷，约0.001-约0.1重量％的银，约0.01-约0.25重量％的铁以及余量的铜和不可避免的杂质。优选地，镁磷比为大于1.0。
在第二个实施例中，本发明的铜-镁-磷合金组成基本如下：约0.01-约0.25重量％镁，约0.01-约0.2重量％磷，任选银含量为约0.00l-约0.1重量％，至少一种元素选自镍、钴以及其混合物，其含量为约0.05-约0.2重量％，以及余量的铜和不可避免的杂质。
本发明的铜合金的其它细节，及其制备方法，以及其它优点及其目的都将在以下说明书和附图中详述，其中，表示类似的元素。
附图简述
图示为本发明铜合金生产流程示意图。
优选实施例详述
本发明的合金为铜-镁-磷合金。其特点在于具有高强度、高电导率、高强度×电导率系数、更佳的延展性和可成形性，以及更佳的耐软化性。
本发明第一实施例中的铜基合金组成基本如下：镁含量为约0.01-约0.25重量％，优选约0.07％-约0.15重量％，磷含量为约0.01-约0.2重量％，银含量为约0.001-0.1重量％，铁含量为约0.01-约0.25重量％，优选为约0.01-约0.2％，并且最好为约0.01到最大约0.05％，以及余量铜和不可避免的杂质。此类合金一般都有磷化物颗粒均匀地分布于合金基质中，该磷化物颗粒具有最大约0.2微米的粒径。此类磷化物颗粒在增加了合金强度的同时无损其可成形性和延展性。
此类合金可包括至少一种添加元素，其选自锡、硅、及其混合物。该至少一种添加元素含量低于约0.2重量％。一般在加入一种元素时，最少须加入0.001重量％。
此类合金还可包括最多0.1重量％的至少一种添加元素，其选自硼、铍、钙、铬、锆、钛以及其混合物。
进一步地，所述合金可包括最多约0.2％的添加元素，其选自镍、钴及其混合物。本发明的合金的优选实施例含有镍和钴中的至少一种约0.05-约0.2％，并且最优选为约0.11％-约0.20％。
在前述含量中的铁增加了合金的强度，并促使产生细颗粒结构。
在前述含量中的镍和/或钴为理想的添加物，因为其可通过精炼颗粒并形成磷化物。而且，它们对电导率具有积极效果。
前述添加的磷使金属保持脱氧，从而可以在磷的设定范围内浇铸无缺陷的金属。在浇铸合金热处理过程中，磷与铁和/或铁与镍和/或铁与镁和/或这些元素的组合形成磷化物，所述元素显著地减少了电导率损失，如果此类物质在基质中完全呈固溶体状态时将使电导率减弱。例如，呈固溶体的0.01％的磷将减少8％IACS电导率。呈固溶体的0.01％的铁将使电导率进一步减少5.5％IACS。因此，为了使电导率在90％IACS以上，在溶体中应有最低量的铁和磷。
为了实现前述目的，向合金中加入前述量的镁。进一步加入镁使得Mg∶P比至少为1.0并优选大于1.0，而且，所述合金元素的组成经选择，即所述元素按对电导率的影响来排列，P、Fe、Co(在加入的地方)可以最大量的磷化物形式存在，而不以溶体存在或以最小量存在。另一方面，呈溶体的镁将使电导率降低最少，镁按比例加入使得一些残量镁呈溶体态。残量镁确保未与铁、钴和镍结合的磷与镁结合(形成二磷化三镁颗粒)。
可以发现，本发明的合金含有可不计含量的铁和仅约0.0036重量％的呈溶体的磷(向合金加入了约5％磷)。而且，所述合金具有大约0.035重量％呈溶体的镁。相比之下，含有0.108％镁，0.068％磷，以及0.04％银，和余量铜和不可避免的杂质的镁-磷-银-铜合金含有大约0.0067％溶体磷(磷添加量约10％)和大约0.037％溶体镁，导致较低的电导率。
本发明的合金最好热处理形成约500-约2000埃的二磷化三镁颗粒以及两种粒径范围的磷化铁颗粒，一种约1000-约2000埃的粗颗粒和一种约250-约600埃的细颗粒。二磷化三镁颗粒和所述磷化铁颗粒均匀地分布于合金基质中。在本发明合金的优选实施例中，粗磷化铁颗粒对细磷化铁颗粒的比例为约1∶3-约1∶6。具有前述粒径的细磷化铁颗粒的存在及其分布状况使得本发明合金具有更佳的延展性和可成形性。由于细颗粒可使相同量的合金元素具有更多的颗粒，它们还提供较好的耐软化性。
在冷加工条件下，本发明中制得的合金具有超过80ksi的强度和90％IACS的电导率。在软化回火时，本发明合金的电导率可超过95％IACS。
本发明的合金可按图中所示进行加工。该合金可采用任何本领域中已知的技术中的连续或非连续浇铸技术进行浇铸。例如，所述合金可采用水平浇铸技术，直接激冷浇铸技术，垂直浇铸技术等等。在浇铸后，所述合金可在约1200°F-约1600°F温度范围内热加工至所需的厚度。热加工可包括任何本领域中已知适合的技术，包括但不限于热轧制。在热加工之后典型的材料厚度为约0.400英寸-约0.600英寸。
热加工后，如果需要，所述合金还可经淬火，如果需要还可在约1200°F-约1600°F的温度下均质化至少一个小时。此后，该材料的每一侧均可轧制为0.020英寸-0.050英寸。所述淬火、均质化和轧制可采用本领域中已知的任何适宜的设备及技术进行。
轧制后，本发明的合金可经冷加工，诸如将轧制后的材料冷轧制到最终厚度，同时在温度为约700°F-约1200°F进行1-20小时的至少一次退火操作，直至所述合金达到适宜的硬度。每一次退火可包括冷却速度为每小时20-200°F的缓慢冷却。一般将有一系列中间伴有退火的冷轧制步骤。在所述合金已被冷轧制成适宜的厚度后，所述合金可在约300-约750°F温度下进行应力消除退火至少一小时。
尽管该合金的生产工艺中包括热加工步骤，如果不需要的话可省去该步骤。
本发明第一个实施方式中的合金的说明性实施例包括：1)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、约0.001-约0.1重量％的银、约0.01-约0.25重量％的铁，最多为0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自钙、硼、铍、锆、铬、钛及其混合物的第二添加元素，以及余量的铜及不可避免的杂质；2)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、约0.001-小于约0.05重量％的银、约0.01-约0.05重量％的铁，约0.05％-0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自钙、硼、铍、锆、钛、铬及其混合物的第二添加元素，以及余量的铜及不可避免的杂质；3)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、最多约0.1重量％的银、约0.05-约0.20重量％的铁，约0.05-约0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自钙、硼、铍、铬、锆、钛及其混合物的第二添加元素，以及余量的铜及不可避免的杂质；4)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、约0.001-约0.1重量％的银、约0.05-约0.25重量％的铁，约0.05-0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，最多约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、钛、锆及其混合物的第一添加元素，以及最多为约0.2重量％的选自硅、锡及其混合物的第二添加元素，以及余量的铜及不可避免的杂质。
下述实施例将用来说明本发明中制备的合金的性质。实施例I
本发明的第一合金，代号为合金A，含有含量为0.0807重量％的镁、0.0668重量％的磷、0.0014重量％的银、01121重量％的铁，以及余量的铜及不可避免的杂质，经浇铸。第二合金，代号为合金B，含有含量为0.108重量％的镁、0.068重量％的磷、0.04重量％的银，以及余量的铜及不可避免的杂质，经浇铸。两种合金均浇铸为9＂厚。此后，每一种合金在1554°F下热轧制至0.590＂，淬火，轧制至0.530＂，冷轧制为0.157＂并在790°F下退火4小时。退火后，两种合金的卷经冷轧制为0.080＂，并在900°F下退火保温7.5小时；冷轧制成0.040＂，并在850°F下退火保温11小时；然后冷轧制成0.0315＂-0.010＂厚度。
测定每一种合金的在不同厚度时的拉伸强度和电导率。结果列于表I中。
                          表I
        拉伸强度             电导率     拉伸强度-电导率系数
         (ksi)              (％IACS)
 厚度     合金A   合金B   合金A    合金B    合金A    合金B
 .40＂    45.7    41.4    95.11    93.52    4347    3872
 .0315＂  58.4    53.7    95.72    94.06    5590    5051
 .025＂   63.8    60.9    94.67    94.05    6040    5728
 .20＂    67.7    64.7    94.69    93.61    6411    6057
 .016＂   69.3    68.2    93.21    92.87    6459    6334
 .0127＂  72.7    70      91.73    91.03    6669    6372
 .010＂   74      71.5    91.21    89.47    6750    6397
 上述结果表明：
i)在每一温度条件下，本发明合金的拉伸强度始终高于其它合金。由于所述合金倾向于电导率接近纯铜，因此差异极为显著。
ii)本发明的合金的电导率在相同的还原和回火条件下始终较高。
iii)本发明的合金每一次回火的强度电导率系数都非常高。本发明合金的平均值约比其它合金高约7％。由于所述其它合金已经代表了现有的高电导率铜合金的强度和电导率最高值，因此这一点是非常有意义的。
实施例II
具有如实施例I中所述的组分的本发明的合金由0.160＂热轧制成0.030＂，在900°F下退火10小时，然后轧制为0.003＂厚度。这样加工的合金具有拉伸强度为82.65ksi，延伸率为3.0％，电导率为90.15％IACS，以及强度×电导率系数为7,451。这表明相对于纯铜的强度×电导率组合提高了大约24％，相对于目前最好的合金提高了大约16.5％。
实施例III
虽然低级铜合金具有强度和电导率的优良组合，这些合金具有的问题在于高温下抗软化。在许多情况下，部件将暴露于高温下大约几分钟的时间。在这些情况下，暴露在热之后的残留强度是非常重要的。
如实施例I中所述，不同回火条件下(经轧制并经3分钟盐浴)的合金A和B的样品经历两种不同温度，每次3分钟。第一温度为710°F，第二温度为800°F。结果示于表II。
                     表II
           合金A                   合金B
厚度        拉伸强度(KSI)       拉伸强度(KSI)
(英寸)  经轧制    处理后      经轧制      处理后
               710°F  800°F         710°F  800°F
.010     74    67.8     65.2    71.5   65.9    45.9
.0125    72.7  66.5     64.5    70     64.6    49.4
.016     69.3  63.7     61.9    68.2   62.1    55.0
.020     67.7  61.8     60.6    64.7   59.3    56.8
.025     63.8  58.4     57.1    60.9   55.8    54.0
.0315    58.4  53.7     52.9    53.7   49.4    48.8
前述结果表明，在暴露于710°F和800°F后，本发明的合金具有更高的强度。在暴露于800°F的情况下，本发明的合金相对于在710°F时降低较小，在全部回火后残留强度为初始强度的10-12％。其它合金的强度降低约为10-35％。明显地，这些结果表明本发明的合金的耐热软化性能得到改善。
实施例IV
实施例I中所述的合金样品通过在宽度10倍于厚度的情况下，90°和180°时以温和和严格弯曲对样品进行弯曲来测试可成形性。两种不同回火条件，超硬和超弹性条件下的结果示于下表III中。如表III中所采用的，术语“MBR/t”是指弯曲而不会断裂的最小半径。
                      表III
合金     拉伸强度       温和弯曲           严格弯曲
          (ksi)       90°         180°          90°              180°
                     MBR/t    MBR/t    MBR/t    MBR/t
 A        67.7        0       0.5       0         1
 B        64.7        0       0.5       0         1
 A        72.7        0       0.5       0.5       2
 B        70.0        0       0.5       0.5       2
上述结果表明本发明的合金在具有高强度的同时保持令人满意的可成形性。
实施例I的合金的微观结构也经过检测，可以发现，合金A中的二磷化三镁颗粒数两倍于合金B。而且，合金A中的磷化铁的数目两倍于二磷化三镁颗粒。
本发明合金的另一个实施例为铜基合金，其组成基本上为：含量为约0.005-约0.25重量％的镁、约0.005-约0.2重量％的磷、约0.05％-约0.2重量％的镍、钴或其混合物中的至少一种，优选为约0.11％-约0.20％，以及余量的铜及不可避免的杂质。这些合金一般具有均匀分布于合金基质中的磷化物颗粒，该磷化物颗粒最大尺寸为约0.2微米。在强化合金的同时，这些磷化物颗粒对可成形性和延展性没有损害。
如果需要，可向合金中加入约0.001-0.1重量％的银。
所述合金可包括选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素。该至少一种添加元素含量可低于约0.2重量％。通常，在加入一种元素时，其加入量最少为约0.001重量％。
所述合金还可包括最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、锆、铬、钛及其混合物的添加元素。
如果需要，可向合金中加入约0.01％-约0.05重量％的铁以改善其强度。
由于可通过精炼颗粒改善强度，所述含量的镍和/或钴为理想的添加剂。此外，它们对电导率具有积极效果。在加入钴时，优选以Co∶P比为约4∶1到约6∶1的量加入。
前述磷添加物可使金属保持脱氧，从而可以在磷的设定范围内浇铸无缺陷的金属。通过对所述浇铸金属的热处理，磷与镍及镁和/或钴及镁和/或这些元素的组合形成磷化物，该磷化物将大大减少了如果这些物质均在基质中呈固溶体形式，而引起的电导率损失。例如，0.01％磷为固溶体将使电导率降低8％IACS。0.01％钴为固溶体将使电导率降低4.0％IACS。0.01％镍为固溶体将使电导率再降低1.0％IACS。因此，为了达到90％IACS以上的电导率，成为固溶体的磷和其它合金元素须最低。
为了实现上述目的，向合金中加入前述含量的镁。加入镁直至Mg∶P比大于1.0。而且，合金元素的组成经选择，根据对电导率的影响，P，Co和/或Ni(在加入的)以最大量的磷化物形式存在，而它们中没有或以最少量呈固溶体形式存在。另一方面，在固溶体状态下能引起最小电导率下降的镁按一定比例加入，该比例可使残量镁呈固溶体存在。该残量镁可保证未与钴和镍等元素结合的磷与镁结合(形成二磷化三镁颗粒)。
本发明的合金经热处理形成约500-约2000埃的二磷化三镁颗粒。二磷化三镁颗粒均匀地分布于整个合金基质中。
本发明的合金在冷处理条件下，具有超过80ksi的强度以及90％IACS的电导率。在软化回火的条件下，本发明的合金电导率将超过95％IACS。
本发明的合金可如图示进行处理。合金可采用任何本领域已知的适宜的连续或非连续浇铸工艺进行浇铸。例如，可采用水平浇铸工艺、直接激冷铸型浇铸工艺、垂直浇铸工艺等等。在浇铸后，所述合金可在约1200°F-约1600°F的温度下热加工至所需厚度。所述的热加工可包括任何本领域已知的适宜的技术，包括但不限于热轧制。在热加工后的一般材料厚度为0.400英寸-约0.600英寸。
热加工后，在约1200°F-约1600°F温度下，如果需要所述合金可经过淬火，并且如果需要进行均质化至少一小时。此后，它们可经轧制将每一侧去除0.020英寸-约0.050英寸。可通过任何本领域中已知的适宜的技术进行淬火、均质化和轧制。
在轧制后，本发明的合金可经冷加工，诸如从轧制产品冷轧制为成品厚度，同时在约700°F-约1200°F下进行1-20小时的至少一次退火操作，直至合金达到所需的回火。每一次退火可包括以每小时20-200°F冷却速率缓慢冷却。一般，一系列冷轧制步骤中间伴有退火。在合金冷轧制为成品厚度之后，所述合金将在约300-约750°F温度下进行至少1小时的应力消除退火。
尽管合金的加工包括热加工步骤，如果不需要的话，该步骤可以被省略。
本发明的另一种实现方式的合金的说明性实施例包括：(1)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.07-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、最多约0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，以及余量的铜及不可避免的杂质，镁磷比大于1.0；和(2)一种铜基合金的组成基本为：含量为约0.005-小于约0.06重量％的镁、约0.005-小于约0.05重量％的磷、最多约0.2重量％的镍和/或钴中的至少一种，小于约0.05重量％的铁，以及余量的铜及不可避免的杂质，镁磷比大于1.0。
与其它合金相比，本发明合金更高的强度、更高的电导率、好的可成形性以及增强的耐软化性可由磷和镁沉淀的增加得到解释。由前述第一种合金实施方式，这些性能的改善还由更多的磷结合为磷化铁以及磷化铁颗粒以前述尺寸存在而引起。
明显地，本发明的铜镁磷合金完全实现了前述的方法、目的和优点。尽管本发明已如说明书所述，对于本领域的普通技术人员来说，其它的变化、替换和修改都是显而易见的。因此，其它的替换、变化和修改均落在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (37)

1.一种铜基合金，包括含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、约0.001-约0.1重量％的银、约0.01-约0.25重量％的铁，以及余量的铜及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的铜基合金，进一步包括，最多为约0.2重量％的选自镍、钴以及其混合物的添加物，最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、锆、钛及其混合物的至少一种添加元素。
3.如权利要求2所述的铜基合金，其中，所述选自镍、钴以及其混合物的添加物含量为约0.11-约0.20重量％。
4.如权利要求1所述的铜基合金，其中，所述镁添加物含量为约0.07％-约0.15重量％。
5.如权利要求1所述的铜基合金，其中，所述铁添加物含量为约0.01％-约0.2重量％。
6.如权利要求1所述的铜基合金，其中，所述铁添加物含量为约0.01重量％到最大约0.05重量％，以及其中所述选自镍、钴以及其混合物的添加物占所选择添加物的约0.05％-约0.2％。
7.如权利要求6所述的铜基合金，进一步含有最多为0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、锆、钛及其混合物的至少另一种添加元素。
8.如权利要求1所述的铜基合金，其中，所述铁含量为约0.05％-约0.25重量％，以及其中所述合金进一步含有约0.05％-约0.2重量％的选自镍、钴以及其混合物的添加物。
9.如权利要求8所述的铜基合金，其中，所述选自镍、钴以及其混合物的添加物含量为约0.11-约0.20重量％，以及所述合金进一步含有最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、锆、钛及其混合物的至少另一种添加元素。
10.如权利要求8所述的铜基合金，进一步含有最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、锆、钛及其混合物的至少另一种添加元素。
11.如权利要求1所述的铜基合金，其中，镁与磷的比例大于1.0，所述合金具有可以忽略不计的铁和低于5％的所述磷溶体添加物，以及具有约0.035％或更低的溶体镁。
12.如权利要求1所述的铜基合金，其中，所述合金含有粒度为约500-约2000埃的二磷化三镁颗粒，以及包括粒度为约1000埃-约2000埃的粗磷化铁颗粒和粒度为约250埃-约600埃的细磷化铁颗粒在内的磷化铁颗粒。
13.如权利要求12所述的铜基合金，其中，所述合金包括基质，所述二磷化三镁颗粒和所述磷化铁颗粒均匀地分布于整个基质中，而且所述粗磷化铁颗粒与细磷化铁颗粒的比例为约1∶3-约1∶6。
14.如权利要求1所述的铜基合金，其拉伸强度超过80ksi，电导率大于90％I.A.C.S，强度×电导率系数大于7400，180度时，其严格MBR/t值在2.0或更小，温和MBR/t值为0.5，90度时，其严格MBR/t值在0.5或更小，温和MBR/t值约为0。
15.一种铜基合金，其特征在于：镁含量为约0.07-约0.25重量％，磷含量为约0.01-约0.2重量％，至少一种选自镍、钴及其混合物的元素含量为约0.05-约0.2重量％，以及余量为铜和不可避免的杂质，所述镁磷比大于1.0。
16.如权利要求15所述的铜基合金，进一步包括铁，含量为约0.01-约0.05重量％。
17.如权利要求15所述的铜基合金，进一步包括银，含量为约0.001-0.1重量％。
18.如权利要求15所述的铜基合金，其中，选自镍、钴及其混合物的至少一种元素含量为约0.11-约0.20重量％，并且其中，所述合金进一步包括最多为约0.2重量％，选自锡、硅及其混合物的至少一种添加元素，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、锆、钛及其混合物的至少一种添加元素。
19.如权利要求15所述的铜基合金，温和回火时，其拉伸强度超过80ksi，电导率大于90％I.A.C.S，强度×电导率系数大于7400，180度时，其严格MBR/t值在2.0或更小，温和MBR/t值为0.5，90度时，其严格MBR/t值在0.5或更小，温和MBR/t值约为0。
20.一种铜基合金，其特征在于：镁含量为约0.01-约0.25重量％，磷含量为约0.01-约0.2重量％，铁含量最多为约0.05重量％，含量最多为约0.2重量％的至少一种选自镍、钴及其混合物的添加物，以及余量为铜和不可避免的杂质，所述合金的镁磷比大于约1.0。
21.如权利要求20所述的铜基合金，进一步包括最多为约0.2重量％选自锡、硅及其混合物的至少一种添加物，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、钛、锆及其混合物的至少一种添加元素。
22.如权利要求20所述的铜基合金，其中所述选自镍、钴及其混合物的添加物含量为约0.11-约0.20重量％。
23.一种铜基合金，其特征在于：镁含量为约0.005至最大约0.06重量％，磷含量为约0.005至最大约0.05重量％，铁含量低于约0.05重量％，含量最多为约0.2重量％的选自镍、钴及其混合物的添加物，以及余量为铜和不可避免的杂质，所述合金的最低镁磷比为1.0。
24.如权利要求23所述的铜基合金，所述镁磷比大于1.0。
25.如权利要求23所述的铜基合金，其中所述选自镍、钴及其混合物的元素含量为约0.11-约0.20重量％。
26.如权利要求23所述的铜基合金，进一步包括最多为约0.2重量％的选自锡、硅及其混合物的添加物，以及最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、钛、锆及其混合物的添加物。
27.一种制备具有电导率为至少90％IACS和拉伸强度为80ksi的铜基合金的方法，其特征在于包括步骤：
浇铸基本上镁含量为约0.1-约0.25重量％，磷含量为约0.01-约0.2重量％，银含量为约0.001-0.1重量％，铁含量为约0.01-约0.25重量％，以及余量为铜和不可避免的杂质的合金；以及
对所述浇铸合金进行热处理，以形成粒度为约500-约2000埃的二磷化三镁颗粒，并形成粒度为约1000埃-约2000埃的粗磷化铁颗粒和粒度为约250埃-约600埃的细磷化铁颗粒。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述热处理步骤包括在温度为约1200°F-1600°F下至少将所述熔炼合金淬火或将所述合金均质化至少1小时。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述热处理步骤包括在温度为约1200°F-1600°F下将所述浇铸合金热加工。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述热处理步骤进一步包括将所述合金冷加工至合格厚度，并且所述冷加工步骤包括在约700°F-约1200°F的温度下进行具有至少一次间歇退火的多步冷轧制步骤1-20小时。
31.如权利要求30所述的方法，其特征进一步在于，每次所说的退火后以每小时20-200F的速率缓慢冷却，并且在约300°F-约750°F的温度下将所述合金应力消除退火至合格厚度。
32.一种制备具有电导率为至少90％IACS和拉伸强度为80ksi的铜基合金的方法，其特征在于包括步骤：
浇铸基本上镁含量为约0.07-约0.25重量％，磷含量为约0.01-约0.2重量％，含量最多为约0.2重量％的至少一种选自镍、钴及其混合物的元素，铁含量最多为约0.5重量％，以及余量为铜和不可避免的杂质的合金，所述镁磷比为至少1.0；以及
对所述浇铸合金进行热处理，以形成粒度为约500-约2000埃的均匀分布于整个合金基质中二磷化三镁颗粒。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述热处理步骤包括在温度为约1200°F-1600°F下至少将所述浇铸合金淬火或将所述合金均质化至少1小时。
34.如权利要求32所述的方法，其中，所述热处理步骤包括在温度为约1200°F-1600°F下将所述浇铸合金热加工。
35.如权利要求32所述的方法，其中，所述热处理步骤进一步包括将所述合金冷加工至合格厚度，并且所述冷加工步骤包括在约700°F-约1200°F的温度下进行具有至少一次间歇退火的多步冷轧制步骤1-20小时。
36.如权利要求35所述的方法，其特征进一步在于，每次所说的退火后以每小时20-200°F的速率缓慢冷却，并且在约300°F-约750°F的温度下将所述合金应力消除退火至合格厚度。
37.一种铜基合金，其组成为：含量为约0.01-约0.25重量％的镁、约0.01-约0.2重量％的磷、约0.001-约0.1重量％的银、约0.05-约0.25重量％的铁，约0.05-约0.2重量％的选自镍、钴以及其混合物的第一种添加物，最多为约0.1重量％的选自硼、铍、钙、铬、钛、锆及其混合物的第二种添加物，以及最多为约0.2重量％的选自硅、锡及其混合物的第三种添加物，以及余量的铜及不可避免的杂质。
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