专利名称：铜-镍-硅合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜基合金，具体地，涉及铜-镍-硅基合金。
背景技术：
铜-镍_硅基合金广泛用于生产高强度导电部件，如连接器和引线框。由Olin Corporation公司开发的C7025是提供良好机械性能(屈服强度95ksi-110ksi)和良好电 学性能(35% IACS)的铜-镍-硅基合金的重要实例。参见通过引用并入本文的美国专利第 4，594，221 号和第 4，728，372 号。最近，OlinCorporation 和 Wieland Werke 公司已开发出 C7035 (钴改良的铜-镍-硅合金)，它可提供更好的机械性能(屈服强度100ksi-130ksi) 和电学性能(40-55% IACS)。参见通过引用并入本文的美国专利第7，182，823号。重要的铜合金性能包括可成型性、电导率、强度、延性和应力松弛抗性。通常，可成型性通过将铜带以90°弯曲环绕已知半径的芯轴的弯曲测试来评价。 轧辊弯曲测试使用轧辊来形成环绕芯轴的带。或者，V型块测试(v-block test)使用芯轴 将带推入开口模，使其与芯轴半径一致。对于两种测试，随后将作为带厚度(t)函数的最低 弯曲半径(mbr)表示为mbr/t。最低弯曲半径是将带能够在放大10倍 20倍时无可见裂 缝地环绕芯轴弯曲且在放大10倍 20倍时无可见裂缝时所绕的最小半径。通常，mbr/t用 于报告定义为弯曲轴垂直于轧制方向的良好方式弯曲、以及定义为弯曲轴平行于轧制方向 的不良方式弯曲。对于良好方式弯曲和不良方式弯曲，认为至多为4t的mbr/t构成良好可 成型性。更优选mbr/t至多为2。通常将电导率作为IACS的百分数测定。IACS是指定“纯”铜在20°C下电导率值 为100% IACS的国际退火铜标准。在此公开内容中，除非另有说明，全部电学和机械测试在 室温、即20°C下进行。限制性表述“约”表示无需精确度，且应被解释为所述值的+/_10%。强度通常测为屈服强度。高强度铜合金具有大于95ksi (655. IMPa)的屈服强度， 且优选大于IlOksi (758. 5MPa)。随着形成元件的铜合金规格降低和随着这些元件不断小型 化，对于给定回火的强度和电导率的组合将比单独的强度或电导率更重要。延性可通过伸长来测定。伸长的一种度量是AlO伸长，为断裂后标距的永久延伸， 以原始标距Ltl的百分数表示，其中Ltl等于10mm。可接受的应力松弛抗性是测试样品在150°C下暴露3000小时后提供的应力残余 至少为70%，且测试样品在105°C下暴露1000小时后提供的应力残余至少为90%。应力松弛抗性通过圆环法测定[FoxA. =Research and Standards 4(1964) 480], 其中将50mm长度的带夹在带的外表面初始化应力的钢环外径上。暴露于高温，使弹性应力变为塑性变形。此方法取决于时间、温度和由钢环半径限定的初始应力。实验在50°C/96 小时和210°C/384小时之间进行。在每次退火后，测定带的剩余弯曲度，且相应的应力缩减 量根据[Graves G. B. =WireIndustry 46 (1979) 421]计算。使用 Larson-Miller-参数 P， 可进行从高温下进行的短时间实验至低温下进行的长时间实验的外推[Boegei A. =Metail 48(1994)872]。应力松弛也可通过ASTM(美国试验与材料协会)标准E328-86中所述的剥离 (lift-off)法测定。此试验测定了以固定应变保持铜合金样品至多3000小时的应力缩减 量。此技术构成为将悬臂梁的自由端约束为固定挠度，测定梁对约束施加的负荷作为温 度、时间的函数。这通过将悬臂梁测试样品固定在特别设计的试验架上来完成。标准测试 条件是负荷悬臂梁至80%的室温0. 2%补偿屈服强度。如果计算的挠度大于约0. 2英寸， 初始应力降低直至挠度小于0.2英寸，并重新计算负荷。测试过程是使悬臂梁负荷计算的 负荷值，调节试验架上的螺纹螺杆以保持挠度，并将螺纹螺杆定位在螺母处。由螺纹螺杆升 起悬臂梁所需的负荷是初始负荷。将试验架置于设定为所需测试温度的炉中。将试验架定 时移出，冷却至室温，并测定由螺纹螺杆升起悬臂梁所需的负荷。以所选的记录次数计算应 力残余百分比，并将数据绘制在半对数座标纸上，纵坐标(垂直的)为应力残余，且横坐标 (水平的)为记录次数。利用线性回归技术通过数据做直线。使用插入法和外推法提供在 1、1000、3000和100，000小时的应力残余值。应力松弛抗性对方向敏感，且可以以纵向(L)进行记录，其中通过测试样品在带 材轧制方向上的长尺寸进行0°测试，且测试样品的挠度平行于带材轧制方向。应力松弛抗 性也可以以横向(T)进行记录，其中通过测试样品垂直于带材轧制方向的长尺寸进行90° 测试，且测试样品的挠度垂直于带材轧制方向。表1示出了发明人所知道的一些可商购铜合金的机械和电学性能
权利要求
一种铜基合金，具有屈服强度和电导率的改善组合，基本由约1.0～约6.0wt％的Ni；至多约3.0wt％的Co；约0.5～约2.0wt％的Si；约0.01～约0.5wt％的Mg；至多约1.0wt％的Cr；至多约1.0wt％的Sn和至多约1.0wt％的Mn组成，余量为铜和杂质，所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度和至少约25％IACS的电导率。
2.如权利要求1所述的合金，其中所述合金具有至少约30%IACS的电导率。
3.如权利要求1所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度和至 少约38% IACS的电导率。
4.如权利要求1所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约143ksi的屈服强度和至 少约37% IACS的电导率。
5.如权利要求1所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约157ksi的屈服强度和至 少约32% IACS的电导率。
6.一种铜基合金，具有屈服强度和可成型性的改善组合，基本由 约 1. 0 约 6. Owt % ^ Ni ；至多约3. Owt%的Co ； 约0. 5 约2. Owt %的Si ； 约 0. 01 约 0.；至多约1. Owt%的Cr ；至多约1. Owt% ^ Sn和至多约1. Owt% ^ Mn组成，余量为铜和杂质，所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度，以及对于良好方式 弯曲和不良方式弯曲的小于4t的mbr/t。
7.如权利要求6所述的铜基合金，其中所述合金具有对于良好方式弯曲和不良方式弯 曲的小于约2t的mbr/t。
8.如权利要求6所述的铜基合金，其中所述合金具有至少约25%IACS的电导率。
9.如权利要求8所述的铜基合金，其中所述合金具有至少约30%IACS的电导率。
10.一种铜基合金，具有屈服强度、电导率和可成型性的改善组合，基本由 约 1. 0 约 6. Owt % ^ Ni ；至多约3. Owt%的Co ； 约0. 5 约2. Owt %的Si ； 约 0. 01 约 0.；至多约1. Owt%的Cr ；至多约1. Owt% ^ Sn和至多约1. Owt% ^ Mn组成，余量为铜和杂质，(Ni+Co)/(Si-Cr/5)的比例在约3和约7之间。
11.如权利要求10所述的合金，其中所述合金被加工具有对于良好方式弯曲和不良方 式弯曲的小于约4t的mbr/t。
12.如权利要求10所述的合金，其中所述合金被加工具有对于良好方式弯曲和不良方 式弯曲的小于约2t的mbr/t。
13.如权利要求10所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度和 至少约38% IACS的电导率。
14.如权利要求10所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约143ksi的屈服强度和 至少约37% IACS的电导率。
15.如权利要求10所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约157ksi的屈服强度和 至少约32% IACS的电导率。
16.如权利要求1所述的铜基合金，其中所述合金为箔、线、棒或管的形式。
17.一种铜基合金，具有屈服强度、电导率和可成型性的改善组合，基本由 约 3. 0 约 5. Owt % ^ Ni ；至多约2. Owt%的Co ； 约 0. 7 约 1.Si ；约 0. 03 约 0. 25wt% 的 Mg ； 至多约 0.Cr ；至多约1. Owt % ^ Sn和至多约1. Owt % ^ Mn组成，余量为铜和杂质，(Ni+Co)/(Si-Cr/5)的比例在约3和约7之间。
18.—种铜基合金，具有屈服强度、电导率和可成型性的改善组合，基本由 约 3. 0 约 5. Owt % ^ Ni ；至多约2. Owt%的Co ； 约 0. 7 约 1.Si ；约 0. 03 约 0. 25wt% 的 Mg ； 至多约 0.Cr ；至多约1. Owt% ^ Sn和至多约1. Owt% ^ Mn组成，余量为铜和杂质，所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度和至少约25% IACS 的电导率。
19.如权利要求18所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约137ksi的屈服强度和 至少约38% IACS的电导率。
20.如权利要求18所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约143ksi的屈服强度和 至少约37% IACS的电导率。
21.如权利要求18所述的合金，其中所述合金被加工具有至少约157ksi的屈服强度和 至少约32% IACS的电导率。
22.—种铜基合金，具有屈服强度、电导率和应力松弛抗性的改善组合，基本由 约 3. 5 约 3. 9wt%^ Ni ；约0. 8 约1. Owt %的Co ； 约 1. 0 约 1.Si ；约 0. 05 约 0. 15wt%^ Mg ； 至多约0. Iwt%的Cr ；至多约1. Owt% ^ Sn和至多约1. Owt% ^ Mn组成，余量为铜和杂质，所述合金被加工具有至少约HOksi的屈服强度和至少约30% IACS 的电导率。
23.如权利要求22所述的合金，其中(Ni+Co)/(Si-Cr/5)比例在约3.5和约5. 0之间。
24.如权利要求23所述的合金，其中Ni/Co比例在约3和约5之间。
25.如权利要求22所述的合金，其中Ni/Co比例在约3和约5之间。
26.—种制造含镍、硅、钴和铬的铜基合金的方法，包括 熔融和铸造所述合金；在约750°C 约1050°C热轧； 冷轧至适于固熔的规格；将所述合金在约800°C 约1050°C下固熔退火约10秒 约1小时； 随后将所述合金淬火或快速冷却至环境温度以获得小于约20% IACSdl. 6MS/m)的电 导率和约5 20 μ m的等轴粒度；将所述合金冷轧使厚度缩减0 约75% ；将所述合金在约300 约600°C下经历硬化退火约10分钟 约10小时；随后将所述合金冷轧使厚度缩减约10 约75%至最终规格；使所述合金在250 约500°C下经历第二时效硬化退火约10分钟 约10小时至完成。
27.如权利要求26所述的方法，进一步包括在所述热轧后的中间再结晶退火。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述合金基本由 约 1. 0 约 6. Owt % ^ Ni ；至多约3. Owt%的Co ； 约0. 5 约2. Owt %的Si ； 约 0. 01 约 0.；至多约1. Owt%的Cr ；至多约1. Owt% ^ Sn和至多约1. Owt% ^ Mn组成， 余量为铜和杂质。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述合金基本由 约 3. 0 约 5. Owt % ^ Ni ；至多约2. Owt%的Co ； 约 0. 7 约 1.Si ；约 0. 03 约 0. 25wt% 的 Mg ； 至多约 0.Cr ；至多约1. 0衬％的Sn和至多约1. 0衬％的Mn组成，余量为铜和不可避免的杂质。
30.如权利要求29所述的方法，其中(Ni+Co)/(Si-Cr/5)比例在约3和约7之间。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述合金包括 约 3. 5 约 3. 9wt%^ Ni ；约0. 8 约1. Owt %的Co ； 约 1. 0 约 1.Si ；约 0. 05 约 0. 15wt%^ Mg ； 至多约0. Iwt%的Cr ；至多约1. Owt %的Sn和至多约1. Owt %的Mn， 余量为铜和 杂质。
全文摘要
一种铜基合金，具有屈服强度和电导率的改善组合，基本由约1.0～约6.0wt％的Ni、至多约3.0wt％的Co、约0.5～约2.0wt％的Si、约0.01～约0.5wt％的Mg、至多约1.0wt％的Cr、至多约1.0wt％的Sn和至多约1.0wt％的Mn组成，余量为铜和杂质，所述合金被加工以具有至少约137ksi的屈服强度和至少约25％IACS的电导率。
文档编号C22C9/06GK101939452SQ200880125280
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月21日
发明者乌韦·霍夫曼, 安德里亚·科伊夫勒, 彼得·威廉·罗宾逊, 德雷克·E·泰勒, 拉尔夫·A·穆彻勒, 汉斯·阿希姆·库恩 申请人:Gbc金属有限公司;维兰德金属有限公司