一种高强导电铜棒材料及制备方法
【专利摘要】本发明属于金属材料领域，涉及一种高强导电铜棒材料及制备方法。本发明提供一种高强导电铜棒材料，该材料具有高的导电性；本发明还提供一种高强导电铜棒材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为：La0.01-0.05%，Lu0.01-0.05%，Fe0.01-0.044%，Al0.6-0.9%，其余为Cu。
【专利说明】一种高强导电铜棒材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，涉及一种高强导电铜棒材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]CN02148648.4高强度高导电稀土铜合金及其制造方法，涉及一种用于引线框架、电极合金及微电子封装材料等高强度高导电用铜合金及其制造技术。该发明是在传统的CuCrZr合金的基础上添加微量合金元素La、Zn以及Fe (或Co)和Ti，并通过热轧、固溶处理、冷轧、时效等工艺，使其合金的综合性能达到了平衡，虽然电导率、抗拉强度和硬度与传统的CuCrZr合金相比，有明显提高，但是导电率低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高强导电铜棒材料，该材料具有高的导电性。
[0004]本发明的另一目的是提供一种高强导电铜棒材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
[0005]本发明技术方案如下:
一种高强导电铜棒材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为:La 0.01-0.05%, Lu0.01-0.05%, Fe 0.01-0.044%, Al 0.6-0.9%，其余为 Cu。
[0006]一种高强导电铜棒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:` O首先按照上述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入,纯度均大于99.9% ；
2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5-8X10_2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310°C后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中；
3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-5分钟内将步骤2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒；浇注完成10-20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120°C，保温20-30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在830-900°C，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20-35°C，淬火液为重量百分数15-20%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380-440°C保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。
[0007]步骤3)中铸型通过以下方法制作:各成份按重量百分比膨润土粉3-4%，高岭石粉3-4%，水6-8%，硼酸1-2%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130°C炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。
[0008]所述膨润土的化学式为(Al2, Mg3) Si401Q OH2.ηΗ20,高岭石的化学式为Al4[Si4O10].(OH)8 ;锆英砂的成分为ZrO2:65_68%，其余为SiO2 ;膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米；锆英砂粒200-250微米。
[0009]步骤3)中导电铜棒的直径为10-15mm，长度为100_250mm。
[0010]步骤3)中热态塑性变形的变形率为5-15%。
[0011]本发明的有益效果:
本发明通过添加La、Lu元素起脱氧脱氢脱硫及除去低熔点杂质元素作用，提高材料的导电性能，La、Lu元素可细化晶粒，改善材料的塑性，提高冷热加工性能，同时提高材料强度，Al和Fe元素可固溶强化铜材料。
[0012]与现有技术相比，本发明的材料具有优异导电性能、良好的机械性能。本发明制备中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外合金经过较为快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。
[0013]本发明铸型做好后，置于120_130°C炉中硬化20-30分钟取出。待硬化的铸型达到室温后，再将铸型放入充满液氮的容器，停留20-30分钟。然后取出，在3-5分钟内将熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒。本发明合金采用快速冷却、低温深冷、热处理和合金化结合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保证化学成分的均匀分布，保证了合金的磁性能，也通过梯度处理大大降低了快速冷却造成的内应力，也保证了合金的力学性能。
[0014]该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明高强导电铜棒材料可以应用于电讯器材领域，可用于电子行业的引线框架、电极合金及连接器等的广泛应用。
[0015]本发明高强导电铜棒材料性能见表一。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例一制备的材料组织图。
[0017]由图1可见，本发明制备的组织均匀致密。
【具体实施方式】
[0018]以下各实施例中所用原料均如下:
膨润土的化学式为(Al2, Mg3) Si4O10 OH2.ηΗ20 ；
高岭石的化学式为Al4[Si401(l].(OH)8 ；
膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3-5微米。
[0019]锆英砂的成分为ZrO2 =65-68%,其余为SiO2 ;锆英砂粒200-250微米。
[0020]实施例一:
本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为:La 0.01%, Lu 0.01%, Fe 0.01%,Al 0.6%，其余为 Cu。
[0021]本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤:
O首先按照上 述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入,纯度均大于99.9% ；
2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5X 10_2Pa后开始加热，合金加热至1280°C后，保温15分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作:各成份按重量百分比膨润土粉3%，高岭石粉3%，水6%，硼酸1%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120°C炉中硬化20分钟取出，冷却至室温；
3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20分钟后取出，取出后在3分钟内将步骤2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为10mm，长度为IOOmm ;浇注时型腔内的温度为-170~_180°C，浇注完成10分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110°C，保温20分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在830°C，热态塑性变形的变形率为5%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20°C，淬火液为重量百分数15%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380°C保温5小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。
[0022]实施例二:
本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为:La 0.05%, Lu 0.05%, Fe
0.044%, Al 0.9%,其余为 Cu。
[0023]本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤:
O首先按照上述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入,纯度均大于99.9% ；
2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到8X10_2Pa后开始加热，合金加热至1310°C后，保温25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作:各成份按重量百分比膨润土粉4%，高岭石粉4`%，水8%，硼酸2%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于130°C炉中硬化30分钟取出，冷却至室温；
3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留30分钟后取出，取出后在5分钟内将步骤2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为15mm，长度为250mm ;浇注时型腔内的温度为-170~_180°C，浇注完成20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至120°C，保温30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在900°C，热态塑性变形的变形率为15%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为35°C，淬火液为重量百分数20%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在440°C保温7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。
[0024]实施例三:
本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为:La 0.04%, Lu 0.03%, Fe 0.03%,Al 0.8%，其余为 Cu。
[0025]本发明高强导电铜棒材料的制备方法，包括以下步骤:
O首先按照上述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入,纯度均大于99.9% ；
2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到6X10_2Pa后开始加热，合金加热至1300°C后，保温20分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉，目的是在大气下避免合金液体受到氧化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；铸型通过以下方法制作:各成份按重量百分比膨润土粉3.5%，高岭石粉3.5%，水7%，硼酸1.5%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于125°C炉中硬化25分钟取出，冷却至室温；
3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留25分钟后取出，取出后在4分钟内将步骤
2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒，导电铜棒的直径为13mm，长度为200mm;浇注时型腔内的温度为-170~-180°C，浇注完成15分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至115°C，保温25分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变形，热态塑性变形温度在870°C，热态塑性变形的变形率为10%，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为30°C，淬火液为重量百分数17%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在400°C保温6小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。
[0026]实施例四:(成份配比不在本发明设计方案内)
本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为:La 0.005%, Lu 0.005%, Fe0.004%, Al 0.5%，其余为 Cu。
[0027]本发明高强导电铜棒材料的制备方法步骤同实施例一。
[0028]实施例五:(成份配比不在本发明设计方案内)
本发明高强导电铜棒材料，各成分的重量百分含量为:La 0.06%, Lu 0.06%, Fe 0.07%,Al 1%，其余为Cu。
[0029]本发明高强导电铜棒材料的制备方法步骤同实施例一。
[0030]表一:
【权利要求】
1.一种高强导电铜棒材料，其特征是:各成分的重量百分含量为:La 0.01-0.05%, Lu0.01-0.05%, Fe 0.01-0.044%, Al 0.6-0.9%，其余为 Cu。
2.权利要求1所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是:包括以下步骤: O首先按照上述成分进行配料，原料La、Lu、Fe、Al、Cu以纯物质形式加入,纯度均大于99.9% ； 2)然后将原料放入石墨坩埚，再将坩埚放入感应炉，然后抽真空，当感应电炉中真空度达到5-8X KT2Pa后开始加热，合金加热至1280-1310°C后，保温15-25分钟后停止送电和抽真空；待感应炉内压力达到大气压后，将炉门打开，在坩埚表面撒木炭粉后，将熔融液态合金浇入铸型中； 3)浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-5分钟内将步骤2)熔融合金浇入铸型的型腔，得到导电铜棒；浇注完成10-20分钟后，将导电铜棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至110-120°C，保温20-30分钟后取出；然后将导电铜棒进行热态塑性变 形，热态塑性变形温度在830-900°C，然后在高温下取出进行淬火处理，淬火液温度为20-35°C，淬火液为重量百分数15-20%碳酸钠水溶液；淬火后再放入加热炉中，在380-440°C保温5-7小时，随炉冷却至室温，即得到高强导电铜棒材料。
3.根据权利要求2所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是:步骤3)中铸型通过以下方法制作:各成份按重量百分比膨润土粉3-4%，高岭石粉3-4%，水6-8%，硼酸1-2%，其余为锆英砂粒进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130°C炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。
4.根据权利要求3所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是:所述膨润土的化学式为(Al2, Mg3) Si4O10 OH2.ηΗ20，高岭石的化学式为Al4[Si401Q].(OH)8 ;锆英砂的成分为ZrO2:65-68%，其余为SiO2 ;膨润土粉、高岭石粉的粉粒尺寸为3_5微米；锆英砂粒200-250微米。
5.根据权利要求2所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是:步骤3)中导电铜棒的直径为10_15mm,长度为100-250mm。
6.根据权利要求2所述高强导电铜棒材料的制备方法，其特征是:步骤3)中热态塑性变形的变形率为5-15%。
【文档编号】B22C1/00GK103773991SQ201410076173
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】蒋晓龙, 赵浩峰, 王玲, 潘子云, 谢艳春, 龚国庆, 雷霆, 何晓蕾, 徐小雪, 柯维雄, 陆阳平, 邱奕婷, 王易秋, 宋超, 郑泽昌, 赵佳玉, 赵圣哲 申请人:南京信息工程大学