CN1958819A - 含钇的金－银－锆基合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了含钇的金—银—锆基合金材料，其组成为(重量％)：Au 0～60，Zr 0.1～1.5和Y 0.01～0.5，余量为银；最佳组成为(重量％)：Au 1～50，Zr 0.05～0.8和Y 0.02～0.2wt.％，余量为银。本发明的合金可用于电接触材料和导电连接线材料。
Description
技术领域 本发明涉及含有微量钇的金-银-锆基合金材料及它们在电接触材料领域和导电连接线材料领域中的应用。
背景技术 金-银合金有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性能，用途十分广泛，常被用作要求高可靠性的轻负荷电接触材料和半导体元器件、传感器件的导电连接线材料。当金含量为50-60重量％时，金-银合金的电阻率、抗拉强度、弹性模量和硬度等性能分别达到最高值，之后，随着含金量的降低，合金的电阻率降低了，但抗拉强度、硬度和耐腐蚀性能也随之降低。通过在含金量低的Au-Ag合金中添加新的组元，可提高其抗拉强度和硬度，但常导致合金电阻率的大幅度增加。因而，对合金化元素种类和数量的选择是改善Au-Ag基合金综合性能的关键。
发明内容 本发明的目的在于克服现有合金材料的不足，在提高合金抗拉强度、硬度和耐腐蚀性的同时，降低合金电阻率的增加幅度，使能在电接触材料和导电连接线材料领域内用含金量较低的Au-Ag合金取代含金量较高的合金，从而降低生产成本，取得明显的经济效益。
本发明的目的是通过在金-银合金合金中加入少量的锆和微量的稀土元素钇实现的。所添加锆的量是根据我们所测定的Au-Ag-Zr三元合金相图来确定的，它低于锆在Au-Ag合金中的固溶度极限。由于锆的原子半径较大，有明显的固溶强化作用。在合金熔炼时，所加入的微量稀土元素钇能与原料中的有害杂质及气体形成高熔点化合物，这些化合物的一部分会浮于熔融合金表层成渣排出，清除了杂质；另一部分会以颗粒状弥散分布于合金晶界和晶粒内部，有效地抑制晶粒长大。上述作用的综合使合金的强度和耐腐蚀能力都得到提高。
本发明的金-银-锆基合金的组成为(重量％)：Au 0～60，Zr 0.1～1.5和Y 0.01～0.5，余量为银。优先推荐的合金成分为(重量％)：Au 1～50，Zr 0.05～0.8和Y 0.02～0.2，余量为银。
本发明限定含锆量为0.1～1.5重量％的理由为：根据我们测定的Au-Ag-Zr三元合金相图，锆在Au-Ag合金中的固溶度随金含量的增加而增加，在纯银中该固溶度小于0.1重量％，当金含量为60重量％时该固溶度提高到1.5重量％左右。若合金中的锆含量接近或超过其固溶度极限，则使得合金的晶格畸变过大，导致合金电阻率大幅升高。本发明中所添加锆的量一般随金含量的增加而加大，例如，在金含量为0的纯银中，锆的含量不应超过0.1重量％，而在金含量为50重量％的合金中，锆的含量不应超过1.2重量％。
本发明限定添加稀土钇的量为0.01～0.5重量％的理由为：在本发明中，若所添加的稀土量过大，合金内将出现过多的脆性金属间化合物，导致电阻率升高、加工性能恶化及耐腐蚀性降低。
与现有的含金量相同的金-银合金及常用的Au-Ag-Cu合金相比较，本发明所涉及的含锆和钇的合金有以下优点：
1.硬度和抗拉强度等力学性能有较大提高。
2.抗硫化腐蚀能力增强。表现在经同样条件的硫化处理后，与含金量相同的Au-Ag合金相比较，接触电阻的增加量较小。
3.依椐综合性能的提高，可用部分含金量相对较低的Au-Ag-Zr-Y合金取代含金量较高的Au-Ag合金及Au-Ag-Cu合金，从而降低了金的用量，使合金的成本相应下降。
通过改变添加到合金中锆和钇的量，可以调整合金的综合性能。从表1.所列合金可以看出，本发明所涉及的金-银-锆-钇合金的综合性能可分别与含金量高于它们的一些金-银或金-银-铜合金相近，在实际应用中，通过替代，可以降低昂贵金属黄金的用量。
本发明的合金可用于电接触材料和导电连接线材料。
具体实施方式
实施例1：采用高频感应炉在真空充氩条件下熔炼得到合金铸锭，进行机械加工和热处理。最后在氩气保护下于700℃退火20分钟，测定其硬度、抗拉强度和电阻率。为进行抗硫化性能测试，样品被轧制为厚0.4mm的片材，先在大气中对表面抛光的样品进行接触电阻测量，然后将片材暴露于硫化气氛中(SO2浓度为2ppm，饱和湿度，温度25℃)，10天后取出以同样条件测量经硫化腐蚀后样品的接触电阻。由于在硫化气氛中合金表面会形成高电阻率的硫化物薄膜，使接触电阻变大，计算出硫化前后的接触电阻比值R(R＝硫化后接触电阻/硫化前接触电阻)，R越接近1，说明材料表面形成硫化物薄膜的速度越慢，在硫化气氛中越稳定，材料的耐腐蚀能力越强。表1列举了部分本发明合金与常用金-银合金及金-银-铜合金的性能比较。
表1.合金性能比较
| 编号 | 合金成分重量％ | 硬度HV | 强度MPa | 电阻率μΩ·cm | 电阻温度系数10-4K-1 | 接触电阻比R | 备注 |
| 1 | Ag-10Au | 24 | 150 | 3.6 | 4.5 | 4.8 | |
| 2 | Ag-10 Au-0.1 Zr-0.02Y | 31 | 240 | 5.8 | 3.6 | 3.4 | 本发明 |
| 3 | Ag-20Au | 26 | 190 | 6.0 | 2.5 | 3.3 | |
| 4 | Ag-20 Au-0.2 Zr-0.04Y | 35 | 280 | 7.0 | 2.2 | 2.7 | 本发明 |
| 5 | Ag-30 Au | 28 | 210 | 7.2 | 2.0 | 2.8 | |
| 6 | Ag-30 Au-0.3 Zr-0.08Y | 41 | 310 | 7.8 | 1.6 | 2.2 | 本发明 |
| 7 | Ag-40 Au | 30 | 230 | 8.5 | 1.5 | 2.2 | |
| 8 | Ag-40 Au-0.4 Zr-0.1Y | 60 | 420 | 9.5 | 1.4 | 1.7 | 本发明 |
| 9 | Ag-40 Au-1 Zr-0.2Y | 120 | 580 | 10.5 | 1.3 | 1.9 | |
| 10 | Ag-50 Au | 33 | 250 | 10.1 | 1.2 | 1.8 | |
| 11 | Ag-50 Au-30 Cu | 148 | 640 | 13.5 | 1.4 | 2.9 | |
| 12 | Ag-50 Au-0.5 Zr-0.15Y | 72 | 460 | 10.8 | 1.1 | 1.4 | 本发明 |
| 13 | Ag-60 Au | 34 | 260 | 11.0 | 1.0 | 1.5 | |
| 14 | Ag-60 Au-5 Cu | 56 | 390 | 12.0 | 0.69 | 2.0 |
Claims (3)
1.一种含钇的金-银-锆基合金材料，其特征在于这种合金组成的重量百分比为：Au 0～60，Zr 0.1～1.5和Y 0.01～0.5，余量为Ag。
2.一种如权利要求1所述的含钇的金-银-锆基合金材料，其特征在于这种合金组成的重量百分比为：Au 1～50，Zr 0.05～0.8和Y 0.02～0.2wt.％，余量为Ag。
3.一种如权利要求1或2所述的合金的用途，其特征在于：该合金用于电接触材料或导电连接线材料。
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