TW474998B - Copper alloy and process for obtaining same - Google Patents

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經浐部中央榀準而只工消贽合作私印欠 474998 A7 ________B7____ 五、發明説明（I ) 相關申請案之前後參照 本發明係有關於美國專利申請序號08/747,014，申請日期 爲1996年11月7日，題目爲”銅合金與其製法"(COPPER ALLOY AND PROCESS FOR OBTAINING SAME)，及美國 專利申請序號〇8/780，116 y申請日期爲1996年12月26 日，題目爲”銅合金與其製法"(COPPER ALLOY AND PROCESS FOR OBTAINING SAME) 〇 發明背景 本發明乃有關於具有電性應用之功效的銅基合金，及 製造該銅基合金之方法。 有許多種銅基合金用於連接器，腳架和其它的電子產 品之應用，因爲銅基合金特殊的性質極適合這些應用。儘 管這些合金已經存在，但仍有許多銅基合金之需求冀望能 應用在大於80 KSI之高降服強度，及很好的成形特性，以 產生180°之最大彎曲，且具有R/T比例爲1或更小，加 上在昇高之溫度時有較小之應力釋放及應力腐蝕裂開之自 由度。現今可以獲得之合金並無法符合所有的需求，或者 因爲高成本而在市場上較不經濟，或者有其它重大的缺點 。因此仍極需發展一種銅基合金以滿足先前之目標。 鈹銅一般具有非常高的強度及傳導性，及很好的應力 釋放特性；然而，這些材料受限於其成形能力。其中一個 限制即爲難以做到180°之大彎曲。另外，它們都非常昂 貴，且製備所需的部件之後通常需要額外的熱處理。當然 ______3_________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） —--------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •I. 474998 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五'發明説明（>) 這樣更會增加了成本。 憐青銅材料爲不算昂貴的合金’且也有很好的強度和 極佳的成形特性。它們均寬泛的應用在電子和通訊工業中 。然而，在非常高溫的情況下需要傳導非常高的電流時， 它們卻不太受到歡迎，例如可以發現在汽車方面的應用中 使用於引擎蓋之下的情況。若結合其高熱應力釋放率，將 使得這些材料不適合許多方面的應用。 高銅含量，高傳導性之合金通常也有許多所需要之特 性，但是一般卻沒有很多應用所需要之機械強度。這些合 金中典型的包括(但並不只是限制在)銅合金110，122，192 和 194 〇 代表性的先前技術專利包括美國專利4,666,667, 4,627,960，2,062,427，4,605,532，4,586,967，4,822,562 ，和 4,935,076 〇 據此，業界仍極需要發展出具有所要求之特性組合的 銅基合金，使其可以適合在許多應用上。 發明槪述 依照本發明，吾人可以發現前述之目的將很容易達到 〇 依照本發明之銅基合金，基本上由錫以大約〇·1到約 1.5%之量，最好從大約〇.4到0.9%，磷則以大約0.01到約 0·35%之量，最好從大約0.01%到約〇·ΐ%，鐵則以大約 0·01°/❶到約0.8%之量，最好從大約0.05%到0.25%，鋅則 _____JL__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣. 訂 474998 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（）） 以大約1.0%到15%之量，最好從大約6.0%到12.0%，其餘 基本爲銅所組合而成。特別有利的是包括鎳和/或鈷，各 有大約0.5%上限之量，且最好是各有大約〇·〇〇1%到約 0.5%之量。依照本發明之合金也可包括上限各到0.1%之鋁 >銀> 硼 >鈹> 鈣 > 鉻 >銦> 鋰 >鎂> 錳 >鉛> 矽 >銻> 鈦，和鉻。同時在此所使用的百分比爲重量百分比。 希望且有利的是：在本發明之合金中提供鐵及/或鎳 及/或鎂或其組合之磷化物粒子，其均勻分佈在整個基質 之中，因爲這些粒子可提供合金增強的強度，導電度，和 應力釋放特性。磷化物粒子之粒子尺寸大約在50埃到約 0.5微米之間，且可能包括較細的成分和較粗的成分。較細 的成分之粒子尺寸可能從大約50到250埃之範圔內，且最 好從大約50到200埃之間。較粗的成分之粒子尺寸可能從 大約0.075到0.5微米，且最好從0.075到0.125微米之間 〇 本發明之合金具有許多極佳之特性，使其特別適合用 於連接器，腳架，彈簧和其它的電性方面之應用。此合金 具有很出色且不尋常之機械強度，成形能力，熱導和電導 性，及應力釋放特性之組合。 本發明之方法包含：鑄造具有前述之組合的銅基合金 ;從大約1000到1450°F的溫度，將其均質化至少一次及 至少一個小時；將其滾壓以完成標準尺寸，此包括在650 到1200°F時至少一次製程退火及至少一個小時；及在300 到60(TF之溫度範圍中應力釋放退火至少一個小時，因而 __5_；____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • —· 訂 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 474998 五、發明説明（+) 得到包括磷化物粒子均勻分佈在基質之中的銅合金。如上 所述，鎳和/或鈷可以包含在合金中。 較佳具體實施例之詳細說明 本發明之合金爲修正之銅一錫一鋅合金。它們之特徵 爲具有較高之強度，較好的成形特性，較高之傳導性，和 應力釋放特性，其代表了修正合金性質較之未修正合金相 同性質之顯著改善。 依照本發明之合金，包括了這些銅基之合金，且基本 上由錫以大約0.1到1.5%之量，且最好是從約0.4到約 〇·9%，磷以大約〇·〇1到約0.35%之量，且最好是從約0.01 到約〇·1°/。，鐵以大約0·01到約0.8%之量，且最好是從約 〇·〇5,到約0.25%，鋅以大約1·〇到約15%之量，且最好是 從約6·0到12.0%，其餘基本爲銅所組成◊這些合金一般 具有磷化物粒子均勻分佈在整個基質之中。 這些合金也可包含鎳和/或鈷，且各有大約到0.5%上 限之量，且最好是其中之一或兩者之組合從大約0·001到 約 0.5% 〇 合金尙且可包括一或多種下述元素到合金之組合中： 鋁，銀，硼，鈹，鈣，鉻，銦，鋰，鎂，錳，鉛，矽，銻 ’鈦’和鉻。這些材料所包含的量各可以小於且一 般各超過0.001 〇使用這些材料之一種或多種可以改善例如 應力釋放特性之機械性質；然而，較大量則可能影響到傳 導性和成形特性。 度朝中_家鮮（CNS ) Α4規^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 474998 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（<) 先前所提到的磷添加物使得金屬保持去氧化狀態，並 使其在磷之限制內鑄造完固的金屬，及以合金之熱處埋使 磷形成了具有鐵及/或鐵和鎳及/或鐵和鎂及/或這些元 素之組合的磷化物（如果這些元素存在的話），這些材料如 果完全在基質中固態溶解，將產生傳導性之損失，而璘顯 著降低此損失。同時也特別需要提供均勻分佈在整個基質 中之磷化鐵粒子，因爲這些粒子可以防止差排移動，而幫 助改善了應力釋放特性。 在大約〇·〇1到約〇·8°/〇之範圍內的鐵，且特別是大約 在0.05到約0.25%的鐵，可增加合金的強度，其作用爲晶 粒成長抑制者，以促進細小晶粒之結構，且在此範圍中和 磷互相結合，以幫助改善了應力釋放特性，而對電性和熱 傳導性沒有負面影響。 鎳及/或鈷各在大約0.001到0.5%之量爲所要之添加 物，因爲它們可由精煉晶粒並經由分佈在整個基質中，而 改善應力釋放特性及強度，且對傳導性也有正面效果。 本發明之方法包括了鑄造具有上述所提到組成的合金 。在已知技術中任何適當的鑄造技術，例如水平連續鑄造 ，可用來形成厚度範圔在大約0.500到〇·750英吋之間的 長條。此製程包括至少一次均質化且至少一個小時，且最 好是大約1到24小時之範圍中的時間，溫度在大約1〇〇〇 到1450°F之範圍內。滾壓步驟之後可以實施至少一次均質 化步驟。均質化之後，此長條可以磨一或二次，以移除每 個表面上大約0.020到0·100英吋之材料。 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝. -訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 474998 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ΒΊ_ 五、發明説明（A ) 接著將此材料滾壓到最後之標準，此包括至少一次製 程退火，在650到1200°F，至少一小時且最好大約在1到 24小時，然後每小時20到200°F下緩慢冷卻到周圍溫度。 接著將此最後標準之材料做應力釋放退火，溫度在 300到600°F之範圍內至少一個小時，且最好的時間在大約 1到20小時之範圍內。如此將有利於改善成形和應力釋放 特性。 熱處理有利地並且如想要地提供本發明之合金，具有 鐵和/或鎳和/或鎂或其組合之磷化物粒子，均勻分佈在 基質之中。磷化物粒子增加了合金之強度，傳導性，和應 力釋放特性。磷化物粒子之粒子尺寸可約在50埃到約0·5 微米，且包括了較細的成分和較粗的成分。較細的成分其 粒子尺寸可大約在50到250埃，且最好從大約50到200 埃◊較粗的成分其粒子尺寸一般可從0.075到0·5微米，且 最好從〇·〇75到0.125微米。 依照本發明之製程所形成且具有先前組成之合金，能 夠_1見0〜)义上8丄劈圍之降服^里，其彎曲能力之半徑等 於其厚度，ΙΡ_180°迴轉，且其最大寬度最多到厚度之10 倍。另外，它們可以達到35% IACS等級之電傳導性，甚 至更好。前述加上所要之冶金結構，應賦予合金高應力保 留能力，例如在150°C時超過60%，在1000小時之後其應 力等於其降服強度之75°/。，此合金樣品在平行於滾壓方向 切割下來，且使它非常適合需要高應力保持能力的許多不 同之應用。再者，本合金不需要打壓機(stamper)之進一步 ------8__^__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 離· 474998 經济部中夾椋卑乃巧工消於合作社卬^

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 衣.

、1T _♦

Claims (1)

1. 474998 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 十丄 - L一種銅基合金，基本上由錫以大約0.1到約1.5%重 ，： 量百分比之量，磷以大約0.01到約0.35°/。重量百分比之量 ， ，鐵以大約〇·〇1到0.8%重量百分比之量，鋅以大約1.0到 I 約15%重量百分比之量，其餘基本爲銅所組成，該合金包 ί;; 括雙重磷化物粒子均勻分佈在基質之中，而該雙重磷化物 I 粒子則包括具有粒子尺寸介於50至250埃的精細成分以及 I 具有粒子尺寸介於0.075至0.5微米的粗糙成分。 ：； 2.如申請專利範圍第1項之銅基合金，其中上述之錫 ^ 含量從大約0.4到約0.9%重量百分比。 3·如申請專利範圍第1項之銅基合金，包括選自鎳， 鈷和其混合物之材料，各從大約0.001到0.5%重量百分比 之量。 4·如申請專利範圍第3項之銅基合金，其中上述之合 金更包括：鎂以最大0.1%重量百分比之量，且該磷化物粒 子選自鐵鎳磷化物粒子，鐵鎂磷化物粒子，鐵磷化物粒子 ，鎂鎳磷化物粒子，鎂磷化物粒子和其混合物。 5·如申請專利範圍第1項之銅基合金，其中上述之鋅 出現之量從大約6.0到12.0%重量百分比。 6·如申請專利範圍第1項之銅基合金，更包括了鉛以 最大到約0.1%重量百分比之量。 7·如申請專利範圍第1項之銅基合金，更包括了至少 一種添加物，其選自鋁，銀，硼，鈹，鈣，鉻，銦，鋰， 鎂，錳，鉛，矽，銻，鈦，和锆，該至少一種材料出現之 量每個最大到約0.1%重量百分比。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線身 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 474998 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 8·如申請專利範圍第1項之銅基合金，其中上述之磷 含量從〇·〇1到約0·1〇%重量百分比。 9·如申請專利範圍第1項之銅基合金，其中上述之鐵 含量從大約〇·〇5到約0.25%重量百分比。 10·—種製備銅基合金之方法，其包含：鑄造銅基合金 ’它基本上由錫以大約0.1到約1.5%重量百分比之量，磷 以大約0.01到約0.35%重量百分比之量，鐵以大約0.01到 約0.8%重量百分比之量，鋅以大約i.o到約15%重量百分 比之量，其餘基本爲銅所組成；在溫度從1〇〇〇到1450°F 至少做一次均質化，且至少一個小時；滾壓到最後之標準 ，此包括在650到12〇〇卞至少一次製程退火且至少一小時 ，接著緩慢冷卻；且在最後標準下，在300到600T做應 力釋放退火至少一小時，因而可得到包括了雙重磷化物粒 子均勻分佈在基質中的銅基合金。 11·如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述要鑄造 之銅基合金包括一材料，其選自鎳，鈷和其混合物，各爲 約0.001到約0.5%之量。 I1·如申請專利範圍第U項之方法，其中上述要鑄造 之銅基合金包括了鎂，且該磷化物粒子乃選自鐵鎳憐化物 粒子，鐵鎂磷化物粒子，鐵磷化物粒子，鎂鎳磷化物粒子 ，鎂磷化物和其混合物。 Π·如申請專利範圍第U項之方法，其中上述之磷 物粒子具有50埃到0.5微米之粒子尺寸。 H·如申請專利範圍第1〇項之方法，包括了二個均實 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線爲 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 1 474998 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 化步驟，其中至少一個均質化步驟在一滾壓步驟之後’且 其ΐ均質化'步驟各持續2到24小時。 15如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之製程 退火持續1到24小時° 16如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之應力 釋放退火持續1到2〇小時。 17如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之鑄造 步驟形成具厚度從0·500到0·750英时之長條’且該方 法更包括在該至少一胃化胃胃ί条 — 1 。 18如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之冷卻 步驟在每小時20到200°F之冷卻速率下執行。 19.如申請專利範圍第10項之方法，其中上述之鑄造 步驟包含禱造一銅基合金，基本上由錫以約〇·4到約0.9% 重量百分比之量’鋅以約6·0到約12·〇%重量百分比之量 ，磷以約〇·〇ι到約〇·2%重量百分比之量’鐵以約〇·01到 約0.8%重量百分比之量’及選自鎮’銘和其混合物而各以 約0.001到約〇·5°/。重量百分比之材料’其餘基本爲銅所組 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂·------— 爲 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ο 成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）