专利名称：无氧铜合金和它的生产方法以及铜合金的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及无氧铜合金，其中有提高耐热性的合金化材料。该合金尤其适用于合金同时要求好的耐热性和好的电导率的目的。本发明还涉及该铜合金的生产方法和该铜合金的应用。
大多数常用铜等级的氧含量，所谓的ETP铜(电解韧铜)，一般为200-400ppm。氧在常规生产工艺中自然与铜结合。该氧含量也能被有意识的保持在希望的水平，因为氧与有害物质结合变成不太有害的氧化物。铜的电导率总是越高，铜就越纯，并且铜中结合的氧也会降低传导性。铜的热传导性是和它的电导率成比例的。尤其是为了提高电导率，还产生了含氧量不高于10ppm的所谓的无氧铜。在无氧铜的生产过程中，采用保护气体(比如氮气)或采用真空通过在熔体上采用防护性还原层(比如石墨)来防止氧与熔融铜接触。
通过在铜中合金化银，例如合金重量的0.02-0.3％的银提高了无氧铜的耐热性。镁在早期也被用作微合金化成分，通常含量很小。通常其他合金成分也同时使用。例如在公开出版物US-5118470，JP-A-62080241和JP-A-03291340中，描述了这些类型的合金，它们用于生产在半导体工艺中应用的连接线。通过融熔，所述线形成具有完美球形的液滴。所述材料也具有好的拉伸强度。与其他材料不同，例如，在公开出版物JP-A-63140052中也建议镁作为合金成分。这里镁含量为3-10ppm，降低了铜的软化温度。
本发明的目的是克服现有技术的某些缺点并获得改良的无氧铜合金。本发明的必要的特征记载于权利要求书中。
根据本发明，按合金的重量计算，无氧铜中合金化的镁含量大于30ppm。因而提高了耐热性，同时电导率和由此导致热传导率也保持在高的水平。根据本发明的无氧铜合金的镁含量大于30ppm，优选大于50ppm。镁含量不高于180ppm，优选不高于150ppm。合金的氧含量不高于10ppm，优选不高于5ppm，如1-3ppm。该合金尤其适用于要求好的耐热性的同时要求好的电导率或热传导率的产品中。通过本发明的镁合金化，铜的耐热性能显著提高。
铜的耐热性通常用所谓的半软化温度(T1/2)来表示。然而，半软化温度显著地依赖于形变量。为了获得可比较的结果，半软化温度通常用40％和94％的形变量来定义。
铜的电导率通常用所谓的IACS-值(国际退火铜标准)来表示。它以占标准无合金化铜的电导率的百分数表示电导率。无氧铜等级的电导率为至少100％IACS。
根据本发明的铜合金的半软化温度至少与含0.3-0.25％银的那些合金在同一数量级。在40％形变量时，半软化温度至少为340℃，优选至少380℃。在94％形变度时，半软化温度至少为300℃，优选至少335℃。不考虑合金化，电导率仍保持在高水平(大于100％IACS)。导电率优选至少大约为101％IACS。
在含量大于180ppm时，相对镁量耐热性的改进显著减弱。电导率和铸造性也减弱。当镁含量少于30ppm时，实际上耐热性没有获得实质改进。
在此，镁提高了纯铜的再结晶温度。由于镁原子比铜原子大，所以晶格结构被扭曲，并引起张力。从而错位移动变得更加困难。
通过本发明，在成本上比使用银节约了费用，因为镁显然比银便宜，而且需要的量显著小于银。由于合金成分的量小，合金化技术也可以更自由地选择。
镁合金化铜可以通过与其他无氧铜等级相似的生产技术来生产，例如用板坯或棒材铸造，或水平或垂直地铸造。在工艺的适当步骤中，例如送入铸造炉的步骤，加入所需量的镁。因为镁很容易与氧反应，所以必须特别注意隔绝空气。还有在与熔体接触的装置中，使用镁不能从中与氧结合的无氧化物的材料是有利的。铸造之后通常要热处理和加工。典型的生产路线可以是在向下板坯铸造(slab casting downwards)和通过进行热和冷铸造进行加工。使用这些含量，镁可能导致二次晶粒结构，这在选择加工温度时必须考虑。
磷、硅和硫能与镁反应，从而消弱在耐热性方面的提高。因此，所述杂质的总量优选不高于10ppm。
根据本发明的铜能用于需要良好的耐热性的目的。例如电动机的换向器，它包括几个片段(segment)，而用于将片段固定在一起的树脂的温度，将会升高到大于200℃。而且，本发明的铜合金能用于在高温被涂覆的衬底。例如，通过高温涂覆工艺生产的太阳电池板。一个目标也是用于焊接，尤其是MIG焊接的电极头，和用于发电机上的板片(flat bar)和轮廓(profile)，其中本发明的铜合金取代了更加昂贵的铜银合金。
在根据本发明的合金中，也能使用其它合金成分。尤其是银和磷。众所周知，银能提高半软化温度。优选银含量不高于500ppm。其它可能的合金成分有例如硫、锡、锌、镍、硅和碲。优选这些成分的含量不高于50ppm。锡也能提高半软化温度，但它不如镁有效，而且，它会大大降低传导性。
实施例生产镁合金化无氧铜合金，其中有50，100和150ppm的以合金重量计的合金化镁。该合金的耐热性和电导率可与已知的银-铜合金的耐热性和电导率相当。
用每一种材料生产8mm的退火线材。测定线材的电导率。其后将线材拉至6.2mm(形变量40％)或2mm(形变量94％)厚。线材在250-500℃的盐浴中退火(1h)。结果示于下表中，其中例如表中标记Mg50ppm表示本发明的合金，其含有50ppm的镁，标记CuAg0.03的表示含银重量0.027-0.05％的现有技术的铜合金。
很明显，镁含量为50-150ppm时，获得的性质至少和0.027-0.25％含银量时的一样好。
权利要求
1.一种含氧量占合金重量至多为10ppm的无氧铜合金，特征在于该合金含有30-180ppm合金重量的镁，以提高耐热性。
2.一种如权利要求1的合金，特征在于该合金含有大于50ppm的镁。
3.一种如权利要求1或2的合金，特征在于该合金含有至多150ppm的镁。
4.一种如前述任意一项权利要求所述的合金，特征在于该合金含有至多5ppm的氧，优选1-3ppm。
5.一种如前述任意一项权利要求所述的合金，特征在于40％形变量的半软化温度至少为340℃，优选至少为380℃。
6.一种如前述任意一项权利要求所述的合金，特征在于94％形变量的半软化温度至少为300℃，优选至少为335℃。
7.一种如前述任意一项权利要求所述的合金，特征在于电导率至少为100％IACS，优选至少为101％IACS。
8.一种如前述任意一项权利要求所述的合金，特征在于合金含有磷、硅和硫，它们的总量不超过10ppm。
9.一种生产无氧铜合金的方法，所述合金含有至多10ppm的氧，特征在于合金中合金化的镁占合金重量的大于30ppm，但至多为180ppm。
10.根据权利要求1-8的任意一项或根据权利要求9生产的铜合金在产品中的应用，其要求具有好的耐热性和好的电导率或导热性。
11.权利要求10的应用，用于电动机换向器。
12.权利要求10的应用，用于焊接电极头。
13.权利要求10的应用，用于发电机轮廓。
14.权利要求10的应用，用于发电机板片。
全文摘要
本发明涉及一种为了提高耐热性而含有30－180ppm，优选50－150ppm镁的无氧铜合金。本发明还涉及该铜合金的生产方法和该铜合金的应用。
文档编号C22C9/00GK1798854SQ200480008705
公开日2006年7月5日 申请日期2004年4月2日 优先权日2003年4月3日
发明者I·希耶卡宁, T·伦福什 申请人:奥托库姆普铜产品公司