一种高强高导铜镍硅合金的生产工艺的制作方法

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一种高强高导铜镍硅合金的生产工艺的制作方法
本发明涉及一种采用热轧、时效、冷轧及退火工艺的方式,生产高强高导铜镍硅合金的方法,属于引线框架材料生产工艺
技术领域

背景技术
:21世纪,人们已经全面进入电子信息时代,而集成电路是电子信息技术的核心。如今随着集成电路的快速发展,对组成集成电路的引线框架材料的要求也越来越严格,其要求更高强度和更高导电率的材料以满足工业上的实际工况工作条件。自上世纪60年代起,在很长的一段时间里,集成电路引线框架材料以Fe-Ni-Co合金为主;1978年石油危机导致钴原料价格暴涨,Fe-Ni42合金代替了Fe-Ni-Co合金被广泛应用至引线框架;到80年代后,铜合金材料由于具有导电性好、强度高和价格低廉等优点,逐渐替代了铁-镍合金,成为引线框架材料的发展方向;目前,工业生产引线框架使用最多的材料为Cu-Ni-Si系列,如KLF、C7025及C7035等。通过微量元素的添加增强Cu-Ni-Si合金材料的强度和导电性,已达到瓶颈。但从优化生产工艺角度,仍能进一步提高Cu-Ni-Si合金的强度和导电性,尤其是优化企业目前的生产工艺,对生产力的进一步解放帮助巨大。发明专利CN104561649A介绍了一种高强度铜镍硅合金的生产工艺,其利用多级反应釜,使Si2Ni相充分析出,以达到增加材料强度、硬度和耐磨性的目的。该专利中强度虽有提高,但并未考虑其导电性能。发明专利CN103643080A介绍了一种高强、高延性、高导电的铜镍硅合金棒材生产方法,使铜镍硅合金的强度和导电性都得到了提高,抗拉强度达到650MPa,导电率达到46.5%IACS,但其强度和导电性仍较低。CN101984107A提出了一种CuNiSiAl系弹性铜合金的制备方法,其抗拉强度达到1180MPa,但导电率仅有30.8%IACS。陈光华在《孪晶对Cu的力学和电学性能影响的研究进展》一文中,综述了孪晶组织对铜的强度和电学性能都有很大的影响;利用脉冲沉积技术法在铜中制备的纳米孪晶组织,当孪晶片层厚度为15nm时,材料的强度和导电率达到最优值,这一结论为研究兼有高强度和高导电性能的铜合金材料提供了重要的理论依据和基础。技术实现要素:本发明的目的在于采用普通成分的铜镍硅合金,通过结合低温精轧、时效处理、冷轧精轧与退火工艺,提出一种高强高导铜镍硅合金的制备工艺,从而达到提高铜镍硅合金的强度和导电性能的目的。本发明的技术方案如下:一种高强高导铜镍硅合金的生产工艺,其特征在于采用一种普通的铜镍硅合金成分,加工步骤如下:1)加热温度为950~1000℃;2)热轧粗轧温度为750~900℃,总压下量为70~90%,轧道次数没有限制;3)热轧精轧温度为550~650℃,总压下量为10~20%,采用多道次轧制;4)时效处理过程:时效温度为440~460℃,时效时间为4~6h;5)冷轧总压下量为55~65%,采用多道次轧制;6)连续退火工艺的加热速度为5~10℃/s,保温温度为380~420℃,保温时间为30~40s,达到去除残余应力,获得良好板形的目的。进一步的,所述铜镍硅合金成分,包含1.0~3.5%Ni,0.5~0.8%Si,0.1~0.25%Mg,0.2~0.3%Co,余量为铜和一些不可避免的杂质元素。进一步的,精轧压下量分配从30~40%逐道次减小,最后一道次压下量在5~10%,以保证铜合金板材具有理想的组织结构。进一步的,所述步骤5)中,冷轧总压下量为55~65%,分为4道次轧制,压下量的分配比分别为40%、30%、20%、10%,以保证铜合金板材获得孪晶厚度为15nm的孪晶组织。高强高导铜镍硅合金的生产方法原理如下:铜合金的强度和电学性能与微观组织结构密切相关。孪晶是一种特殊的低能界面,一是能像大角晶界一样有效的阻碍位错界面,二是对传导电子的散射作用较小,因此在材料中引入高密度的孪晶组织,就可使材料同时具备高强高导的效果。另外孪晶片层厚度与材料的强度和导电性也密切相关。有研究表明,对于铜合金,随孪晶片层厚度的减小,强度呈现先增加后减小的趋势,在厚度约为15nm时,强度达到最大值;电阻率呈现递减的趋势(则导电性呈现递增的趋势)。综合判断,铜镍硅合金材料中孪晶厚度为15nm左右时,会达到一种最优地高强高导的效果。在化学成分给定的情况下,孪晶的厚度值主要与铜镍硅板材的生产工艺有关。孪晶的变形主要取决于材料的层错能、晶粒尺寸、变形速率及变形温度。本专利中的热轧工艺主要用于减小晶粒尺寸(晶粒尺寸与孪晶的片层厚度密切相关),尤其是热轧中的低温精轧手段;时效处理的作用是强化材料;冷轧过程的总压下量及多道次压下量的分配比,用于获得高密度的孪晶组织和调节孪晶的片层厚度的效果。退火处理用于去残余应力。上述所有工序的协同作用,使铜镍硅合金材料同时具备了高强高导的效果。本发明的应用效果:本发明是在不改变普通铜镍硅合金成分的前提下,通过低温精轧、时效处理、冷轧精轧和退火工艺,获得了高密度的孪晶片层间距约为15nm的高强高导铜镍硅合金板材。与常规的高强高导铜镍硅合金生产工艺相比,有两个特点,一是在热轧粗轧之后,增加了低温精轧,以控制其晶粒尺寸的大小,为后续调控孪晶片层间距的厚度做准备;二是设计了特定的冷轧精轧工艺,以提高轧板的孪晶组织及调控孪晶的片层间距。与常规的提高铜镍硅合金强度和导电性的机理相比,本发明主要是通过调控孪晶的片层厚度,以获得高强高导的效果。该发明是基于常规生产工艺基础上的改进,对于企业来说具有操作工艺简单和易于实施的优点。另外,为同时获得高强和高导铜镍硅合金的生产工艺,提供一种思路和方法。附图说明图1为本发明的高强高导铜镍硅合金生产工艺示意图。图2为高强高导铜镍硅合金最终成品的微观组织SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。实施例1本发明实施的一种高强高导铜镍硅合金的化学成分如表1所示。表1本发明具体实施例铜镍硅合金的化学成分(wt%)按照表1成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为16mm的铜合金板,将锻坯加热到960℃,保温1小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经2道次粗轧,最终轧制成厚度约为3.2mm的板;精轧经3道次轧制,开始精轧温度为650℃,最后两个道次开始轧制温度为600℃,终轧温度为550℃,3道次轧制后的厚度依次约为2.9mm、2.7mm和2.6mm。轧制后直接进行水冷处理。时效处理时,加热速率为20℃/s,保温温度为450℃,保温时间为4h,随后随炉冷却至室温。冷轧精轧过程,分为4个道次进行,每道次轧制后的厚度依次约为1.96mm,1.48mm,1.16mm和1.00mm。最后进行退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为380℃,保温时间为40s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金板材的力学和电学性能如表2所示。表2本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果屈服强度/MPa弹性模量/GPa导电率85013055%IACS实施例2本发明实施的一种高强高导铜镍硅合金的化学成分如表3所示。表3本发明具体实施例铜镍硅合金的化学成分(wt%)按照表3成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为18mm的铜合金板,将锻坯加热到960℃,保温1小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经2道次粗轧,最终轧制成厚度约为3.2mm的板;精轧经3道次轧制,开始精轧温度为650℃,最后两个道次开始轧制温度为600℃,终轧温度为550℃,3道次轧制后的厚度依次约为3.1mm、2.9mm和2.7mm。轧制后直接进行水冷处理。时效处理时,加热速率为20℃/s,保温温度为460℃,保温时间为6h,随后随炉冷却至室温。冷轧精轧过程,分为4个道次进行,每道次轧制后的厚度依次约为2.16mm,1.69mm,1.37mm和1.21mm。最后进行退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为380℃,保温时间为40s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金板材的力学和电学性能如表4所示。表4本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果屈服强度/MPa弹性模量/GPa导电率95015050%IACS实施例3本发明实施的一种高强高导铜镍硅合金的化学成分如表5所示。表5本发明具体实施例铜镍硅合金的化学成分(wt%)按照表5成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为15mm的铜合金板,将锻坯加热到980℃,保温2小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经4道次粗轧,最终轧制成厚度约为3.0mm的板;精轧经3道次轧制,开始精轧温度为650℃,最后两个道次开始轧制温度为600℃,终轧温度为550℃,3道次轧制后的厚度依次约为2.75mm、2.6mm和2.5mm。轧制后直接进行水冷处理。时效处理时,加热速率为20℃/s,保温温度为440℃,保温时间为6h,随后随炉冷却至室温。冷轧精轧过程,分为4个道次进行,每道次轧制后的厚度依次约为1.70mm,1.28mm,0.97mm和0.80mm。最后进行退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为400℃,保温时间为40s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金板材的力学和电学性能如表6所示。表6本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果屈服强度/MPa弹性模量/GPa导电率80012058%IACS当前第1页1 2 3 
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