具有中等电导率和高强度的多用铜合金及其生产方法

专利名称:具有中等电导率和高强度的多用铜合金及其生产方法
本发明是关于铜基合金，该铜基合金在电子工业中有特殊的用途，如作为引线架或连接器材料。电子工业对具有较好成形性、导电性和导热性的更高强度的引线架合金的需要日益增加，同样，如果这些合金能够提供较好的抗应力松弛性能，那么连接器的应用也将得益于这些合金。本发明的合金具有综合的高强度性能和中到高的传导性能，与市售合金比较这些性能都有所提高。
各种铜合金在电子工业中应用的比较在题为“High Strength，High Ccnductivity Copper Alloys For IC Lead Frame”，Published by Sumitomo Metal Mining Copper and Brass Sales Co.，Ltd.的小册子中作了叙述。与许多市售合金相比较，本发明的合金提供了一种显著提高的强度和传导性的结合体。
在上述提到的应用中，最理想的是提供一种抗拉强度约为100ksi或更高同时又保持电导率约为40%IACS(相对标准退火铜线电导率百分比)或更高的铜合金用作引线架材料。在上述小册子叙述的材料中，只有42合金能达到这一强度指标，但是这种合金的传导率非常低。具有中等传导率合金中的C19500合金最接近这种理想性能，但是它不能满足这个强度指标。
如合金C17400等一些铍铜合金在降低弯曲性能和提高成本的代价下，能提供良好的传导性能和强度。
对于连接器的应用，除强度和传导性能外，抗应力松弛也是一项重要的性能。与一种典型的工业合金，如磷青铜含金C51000相比，本发明中的合金可提供弯曲、传导和抗应力松驰均有改进的综合性能。
本发明的这些合金是沉淀硬化镍-硅-青铜合金，在这类合金中加入镁，以使综合性能有独特的改进。利用加入镍和硅保证沉淀硬化特征的一些专利和参考文献中，已对许多合金和/或生产方法作了叙述。例如在U.S.Patent Nos.1，658，186 to Corson，1，778，668 to Fuller和2，185，958 to strang et al.中所叙的。向镍-硅-青铜中加入各种其他元素已叙述于U.S.Patent Nos.2，137，282 to Hensel et al.，3，027，508 to Klement et al.，4，191，601 to Edens et al.，4，260，435 to Edens et al.，4，466，939 to Kim et al.和Japanese Laid-Open Patent Application No.213，847/83 to Miyafuji et al.·Penn Precision Products公司生产出一种商标为DICKALLOY的镍-硅-青铜合金。如在它们的产品说明书中所述的那样，该合金包括添加铝和铬的铜-镍-硅合金。
本发明的受让人也是关于铜基合金加镁用来改进应力松弛性能的一些专利的持有者。这些专利包括U.S.Patent Nos.4，233，068和4，233，069 to Smith et al.这两个专利是关于铜锌合金的，以及U.S.Patent No.4，434，016 to Salch et al.该专利是关于铜-镍-铝合金。U.S.Patent Application Serial No.645，957 to Knorr et al.中公开了含有铁、镁、磷和选择性含锡的铜基合金，把这类合金用作引线架或连接器。
加镁的镍-硅-青铜合金公开于U.S.Patent Nos.2，851，353 to Roach et al.和4，366，117 to Tsuji中。这些专利所设计的合金在一个或更多方面是在本发明合金的范围之外。
U.S.Patent No.2，157，934 to Hensel and Larsen叙述了一种可时效硬化的铜基合金，其中包括0.1-3%的镁，0.1-5%的镍，钴或铁中的一种元素、0.1-3%硅，余量为铜。这种合金的处理方法是加热到700℃以上的温度，接着进行淬火，然后在700℃以下进行时效。如果需要的话，在淬火和时效之间可以对材料进行冷加工以提高其硬度。
少量合金添加剂铝，镁，锰和铬对含有1.8%镍和0.8%硅的Cu-Ni-Si合金时效性能的影响已叙述于the publi-cation“Effects of Small Alloying Additions on the Ageing Behaviour of A Copper-Nickel-Silicon Alloy”by Tewari et al.appearing in Transactions of The Indian Institute of Metals，December，1964，Pages 211-216。所研究的镁含量在0.2-1%之间变化。尤其是在出版物“Studies on Age Hardening Cu-Ni-Si-Mg And Cu-Ni-Si-Cr Alloys”by Bhar gava et al.appearing in Z.Metallkde.，Bd.63(1972)H.3，Pages 155-157中叙述了含1.8%镍，0.8%硅，并加入0.3%镁或铬的铜-镍-硅-镁合金。这个刊物叙述了这种合金的时效硬化性能。应该注意到在这些刊物中，所研究合金中的镍含量是在本发明的范围之外。
根据本明，可提供具有中到高传导性和特别高强度性能的铜基合金。这些合金可以用各种方法加工，以提供适用于各自用途的强度，弯曲成形性和传导性的最佳综合。用于引线架时，一般通过加工使这些合金兼有最佳的强度和传导性以及良好弯曲性能，而用于连接器时，强度和抗应力松驰性能则是最重要的。对于某些连接器的应用项目，需要降低强度以提高导电性和弯曲成形性能。
这些改进性能是由一种铜基合金实现的，该合金的基本组成为约2-4.8%(重量)的镍，约0.2-1.4%(重量)的硅，约0.05-0.45%(重量)的镁，其余为铜。最好，这种合金组成基本为约2.4-4.0%(重量)的镍，约0.3-1.1%(重量)的硅，0.05-0.3%(重量)的镁，其余为铜。最好镁的含量在0.1-0.2%(重量)左右。应用于引线架的合金最好是过时效状态的。应用于连接器的合金最好是稳定状态的。
各种其他元素可以少量加入，它们对合金的性能不产生不利影响。
作为引线架或连接器材料使用，其合金的生产方法在一定程度上决定着它们的强度、传导性、弯曲成形性，应力松驰性能以及它们的适用性等综合性能。
一般这些合金是用直接冷铸法铸成的。然后这些合金在约750-950℃，最好是在约850-900℃之间进行热轧。
如果需要的话，在上述工序之后，合金可以在约550-700℃之间进行均匀化退火。如果在生产过程中采用了均匀化退火工序，这种合金应该在750℃以上的温度重新进行固溶处理，然后在任何时效处理之前都要淬火。正象所要求的那样，均匀化退火可以在热加工之后或最初冷加工之后进行。
在第一生产方案中，这种合金经过一道或多道冷轧和时效工序。在第一工序中，冷轧应使厚度至少减薄约30%，最好至少减薄约50%。当合金应用于连接器时，需要降低一些弯曲性能而获得最高强度性能，则这种合金要在约350-500℃之间，最好在约425-480℃之间进行时效处理。如果需要第二个冷轧和时效工序，则冷轧应使厚度至少减薄约10%，最好至少减薄约30%，然后将其在低于第一次时效处理的温度下，一般约为350-490℃进行时效处理。合金经最终冷变形其厚度减薄约为10-90%，最好约为30-60%。其后，用于连接器的合金可选择性地在约200-345℃，最好在225-330℃之间进行退火使其稳定化。
在第二个生产方案中，为了用于引线架，在热加工或均匀化退火以后的工序包括合金冷加工使其厚度至少减薄约30%，最好约为50%，接着在约750-900℃，最好约800-850℃下进行退火和淬火，接着进行冷加工厚度至少减薄约10%最好约30%，接着在约500-700℃，最好约510-575℃下进行过时效处理，接着进行冷轧使厚度减薄约10-90%，最好约30-60%。尽管这个生产方法是为用于引线架合金设计的，但是这种合金用于连接器也应该是理想的，如在前面的第一生产方案中，它可以选择性地进行稳定化处理。我们相信第二生产方案可广泛用于组成为约0.05-5%(重量)的镍，约0.01-2.0%(重量)的硅，最高含约1%(重量)镁和余量为铜的合金。也可以存在对合金的性能实际上不产生有害影响的元素和杂质。但是，最好是用于本发明的合金。
最后，在第三生产方案中，这种合金可以按如下一种工艺进行处理，使合金具有相当高的强度，中等传导性和稍低于用第二方案生产的合金的弯曲性能，但实际上比用第一种方法生产的合金的弯曲性能好，这样合金即可作为引线架材料使用，又可作为连接器材料使用。这种工艺与第二种方案相同，用非过时效退火代替其中过时效退火。根据这种工艺先于最终变形的退火是从约350℃到低于约500℃，最好在约425-480℃之间进行。最终冷轧用上述同样方法进行，并且，对用于连接器的合金最好采用如上述的方法进行选择性稳定化退火。
因此，本发明提供了一种强度，传导性，弯曲成形性和抗应力松弛性能可选择的，综合性能极好的铜基合金，这种多用途铜基合金适合作为连接器或引线架材料使用。
我们已经发现本发明中的含镁为极限加入量的合金，通过适当调节他们的加工方法，就很容易制成适用于任一用途的合金。
我们出乎意料地发现本发明中的合金，在过时效状态其弯曲成形性有重大改善，同时保持相当高的强度和良好的传导性。
我们还出乎意料地发现这种合金的抗应力松弛性能明显地受到稳定化退火的影响。
我们出乎意料地发现这种合金的热加工性可以通过把镁的加入量严格控制在本发明的范围内而得到改进。如果采用较高的镁含量，会提高合金对裂纹的敏感性，这种敏感性取决于热加工温度。但是，通过使镁含量保持在本发明的范围内，无论热加工温度如何都能避免对裂纹的这种敏感性。
因此，本发明的优点在于提供一种应用于电子工业方面，如作引线架或连接器的多用铜基合金以及它的生产方法。
本发明的另一个优点在于提供了使强度，传导性，弯曲成形性和可选择的抗应力松弛等综合性能得到改进的合金。
本发明的另外优点在于提供了易热加工的和在热加工过程中裂纹敏感性与加工温度无关的合金。
这些和其它一些优点将在下面的叙述和附图中表现的更加明显。
图1是表示镁含量与合金对开裂温度敏感性之间的关系曲线。
图2是表示在不同时效时间下，时效温度与合金的硬度，弯曲成形和导电性之间的关系曲线。
根据本发明，可提供一种多用铜基合金，按照加工方法的不同，这种铜基合金可以有效地在电子工业中，作为引线架和连接器材料使用。这种合金是独特的，在于它提供了优于现在一般市售合金性能的综合性能。在过去，为获得类似的性能必须使用昂贵的铍-铜类合金。
本发明的这些合金在具有中等传导性的情况下提供了非常高的强度。例如，它们能够获得与合金42相比拟的强度，并有相当好的传导性。它们还能够获得与市售有中等传导性的合金相比拟的传导性，并抗拉强度有实质性的改进。
通过适当地调整加工方法，可使这些合金成形用作连接器。例如，象在板簧连接件的应用中，可以把这些合金处理到大于130ksi的极限抗拉强度，同时保持大于35%IACS的导电性。用于连接器或引线架时，需要较高强度和良好的弯曲成形性，可把这些合金处理到大于115ksi的极限抗拉强度，并具有约40%IACS或更高的导电性。最后，用作引线架和其他应用只要求较好的弯曲成形性时，可通过一种方法把这些合金处理到大于100ksi的极限抗拉强度和高于45%IACS的导电性。
因此，很明显根据本发明，处在给定成份范围内的合金可以通过特殊的加工以满足各种机械性能，所以它可以满足许多不同应用的要求。可以提高合金的极限抗拉强度，但弯曲性能和导电性能要降低。另一方面，在极限抗拉强度有些降低的情况下，弯曲性能就会更突出，同时可保证良好的导电性。
对用于连接器或其他用途时，可把这种合金处理到具有最佳抗应力松弛性能的状态。
本发明的多用铜基合金包括以下成份范围内的所有合金。即基本组成约为2-4.8%(重量)的镍，约0.2-1.4%(重量)的硅，约0.05-0.45%(重量)的镁和余量为铜的铜基合金。
最好，这种铜基合金的基本组成为约2.4-4%(重量)的镍，约0.3-1.1%(重量)的硅，约0.05-0.3%(重量)的镁，其余为铜。最好镁含量为约0.1-0.2%(重量)。
这种合金中镍与硅的较好比例是从约3.5∶1到约4.5∶1，最好是从约3.8∶1到约4.3∶1。
对用于引线架的情况下，这种合金最好是过时效状态。而用于连接器时，这种合金最好是稳定状态。
在这种合金中可以包括实际上对它不产生不利影响的其他元素和杂质。形成硅化物的元素如铬，钴，钛，锆，铪，铌，钽，稀土及其混合物，它们可以以形成硅化物的有效量、即高达约1%(重量)的含量存在于合金中。在合金中存在的这些元素，它们应代替相当量的镍。最好，铬的含量应限制到不超过约0.1%(重量)。
本发明的合金还可以包括一种或多种脱氧和/或脱硫元素，这些元素是选自锂，钙，锰，稀土及其混合物，其脱氧或脱硫元素的有效量最高达0.25%(重量)左右。
为了获得理想的合金强度，要求本发明合金中的镍和硅含量处在下限，如果镍或硅的含量超过前述的含量范围，它们就难于溶解在合金中，镁的含量范围决定着合金的热加工性和冷轧性。
如图1所示的合金中镁含量对热轧温度的关系曲线。虚线AB的左下方区域适合于热轧加工。虚线AB的右上方区域由于热轧过程中铸锭产生裂纹而不适合于热轧加工。从图1的分析表明，如果镁含量超过0.45%(重量)，本发明中的合金具有热轧温度敏感性。在本发明的范围内，即镁含量低于0.45%(重量)时，这种合金对热加工温度不敏感，并且在整个热加工温度范围内都易于加工。
在提高热加工温度时，这种对裂纹的敏感性丝毫没有在美国专利2，157，934中被Hensel和Larson所预见。在Hensel和Larson的专利中，镁的含量范围高达3%(重量)。从图1的分析清楚地说明，依据本发明这个范围中仅有一小部分可以被利用，以使合金对热加工温度所引起的裂纹不敏感，由此使得合金易于热加工。
为获得本发明合金的理想机械性能，特别是为了使这些合金的抗应力松驰性能得到改善，镁含量控制在下限是重要的。我们还认为镁可以提高合金的清洁度。
为了减少在冷加工过程中边缘开裂现象的发生，镁含量也应控制在本发明的范围内。按照本发明的不同工艺和镁含量范围生产出


来的合金，在其冷轧过程中镁含量对边缘开裂的影响示于表Ⅰ中。
从表Ⅰ可以看出，保持镁含量在本发明的范围内，特别是在其最佳范围内，能明显减少冷加工过程中边部裂纹的发生，特别是在修边处理之后。
在表Ⅰ中，在每个镁含量下，斜线符号前所示的结果为在特定板材初始厚度0.55″情况下的开裂程度。在斜线符号下所示的结果为在生产工艺一行中所提到的最终厚度下各种开裂的程度。
对本发明合金采用的不同加工方法取决于所要求的机械性能，这些机械性能又决定于这种合金的最终用途。用于连接器的合金通常要求具有高强度，以便获得高弹性以及在保持足够导电性，导热性和成形性的同时具有良好的抗应力松弛性能，对于这类连接器的应用，还要求具有优良的成形性，这就要调整生产工艺，适度降低强度性能。最后，用于引线架时，需要具有很高的弯曲成形性和导电性，这时更要调整生产工艺，可牺牲一些强度性能。合金的抗应力松弛性能对连接器的应用是重要的，并且这种合金的加工工艺对其影响非常大，特别是，我们出乎意料地发现采用稳定化退火对这类合金的应力松弛性能有非常好的作用。
本发明的合金可以通过常用方法，如直接冷铸成任一种所希望的形状，铸造温度最好至少是从1100℃左右到1250℃左右。在这种条件下，这种合金可铸成板坯或铸锭，这是较好的方案，然后将其在约850-980℃下进行约0.5-4小时的均匀化或均热处理。接着，进行热加工如进行多道次热轧使其一般达到约小于3/4″，最好为1/2″或更小的理想厚度。这种合金热加工后最好进行迅速冷却，如水淬。热加工的优点就在于它能使合金元素固溶。
直接冷铸后接着进行热加工是本发明的最佳生产方法，可以铸出厚度约为1″或更薄的合金带。显然，如果合金被铸成带状，就必须进行热轧，特别是当热加工后接着进行淬火时，这种热加工工序将使合金元素固溶，由此避免再进行固溶退火。但是，如果需要的话，特别是如合金为条状铸锭时，合金可以选择性地在约750-950℃，在约30秒到8小时，最好约1分钟到4小时的时间内进行固溶退火，接着进行迅速冷却，最好是水淬。
带坯铸造或热加工之后，在进行进一步加工之前，合金最好进行机加工，去除表面氧化物和鳞皮。
如果需要的话，合金可以选择地在约为550-700℃区间内，进行约1-8小时的均匀化退火。这种均匀化退火可以在热加工后进行，也可以在冷轧厚度变形约80%，最好约为50-70%的初次冷加工后进行。如果合金进行了均匀化退火，那么随后必须进行固溶退火。因此，作为均匀化退火处理的零件使用时，这种合金最好在约750-950℃下进行固溶退火约30秒到8小时，最好为约1分钟到4小时。这种退火的合金要马上进行快冷，最好是水淬。在采用水淬的情况下，带材退火是达到固溶退火的最佳方法。
热轧或均匀化退火后，根据情况合金可以经过一次或多次冷变形和时效处理。冷压缩最好是通过冷轧进行。第一次冷轧最好达到至少厚度减薄约30%，最好至少约为50%。
生产方案1
得到高强度的加工工艺
继第一次冷变形后，合金在约350-500℃，最好在约425-480℃进行时效处理。如果需要进一步冷变形和时效，该次冷轧应该达到厚度减薄至少约10%，最好至少约为30%，并且继这次冷轧后要在低于上次时效温度，即约350-490℃的温度范围内时效。
这种时效应该在时效温度下保温约0.5-8小时，最好是2-4小时左右。
进行一系列冷轧和时效后，合金的最终冷轧变形要保证厚度减薄约10-90%的变形量，最好为30-60%左右。
通过采用选择性地稳定化退火，本发明合金的抗应力松驰性能有明显的提高，这种退火是在约200-345℃，最好在约225-330℃的温度下进行，保温时间约0.5-8小时，最好约1-2小时。
生产方案2
得到最佳弯曲成形性的加工工艺
热加工或均匀化退火处理后的合金经第一次冷加工，使厚度至少减薄30%，最好至少50%。然后这种合金在约750-950℃，最好约为800-850℃的退火温度再固溶约30秒到8小时，最好为1分钟到1小时，然后迅速冷却，最好水淬。这种退火最好以带材退火的形式进行。
有时，为了达到最终所要求的厚度，这种第一次冷加工和退火可以作为第二次冷加工和退火重复进行。
此后，合金经冷轧加工使其厚度减薄至少约10%，最好减薄至少30%，接着进行过时效处理。合金进行过时效处理，处理制度最好包括在约500-700℃、最佳在510-575℃下退火约0.5-8小时，最好约1小时-4小时。此后，合金一般经最终冷轧变形使其厚度减薄约10-90%，最好为30-60%。
虽然这种生产方案特别适合于提供引线架用的合金，但也可以作为连接器合金使用，在这种情况下最好进行前述的选择性稳定化处理。
我们相信这第二种生产方案可广泛用于如下组成的铜合金，该铜合金的基本组成约为0.05-5.0%(重量)的镍，约0.01 2.0%(重量)的硅，最高达1%(重量)的镁，其余为铜。在合金中也可以存在实质上对合金性能不产生有害影响的其他元素和杂质。但是，这种方法最适用于本发明的合金。
生产方案3
介于方案1和2之间的
综合考虑强度和弯曲性能的加工工艺
这种方法可以提供即可用于引线架、又可用于连接器的合金，该材料具有较高的强度，中等导电性和比方法2稍低的弯曲性能。这种方法除了用时效代替过时效外，基本与方法2相同。根据这种方法，先于最终冷变形的最终时效处理是在温度约350℃到低于500℃，最好约为425-480℃下加热约0.5-8小时，最好约1小时-4小时。然后对合金进行冷轧变形使其厚度减薄约10-90%，最好为30-60%左右。如果这种合金打算用作连接器，它最好进行如方法1中所述的稳定化处理。
根据本发明如果需要的话，这种选择性的稳定化退火可以在最终变形后或最终零件成形后进行，为生产方便起见，大都是在最终变形后进行。但是，我们认为如果在最终成形后进行稳定化处理能够获得最佳抗应力松弛性能，因为在稳定化退火后成形合金，可能降低合金的抗应力松弛性能。
根据图2所示的曲线表明了在不同时效时间下，时效温度与本发明合金的硬度，弯曲成形性和导电性之间的关系。
在图2中，实线C代表在不同时效温度下时效2小时Cu-4.0%Ni-0.98%Si-0.18%Mg合金的硬度。实线D表示在整个时效温度范围内那些合金的导电性。虚线E表示使这种合金时效4小时对其硬度的影响。虚线F表示使这种合金时效4小时对导电性的影响。曲线G和H分别表示时效4小时合金弯曲性能的好坏情况。在图2中描述的结果是针对时效状态的合金。
从图2的分析可看出，在时效温度450℃处，产生最大时效反应;然而，超过480℃，最好超过500℃则出现过时效状态。这时效合金仍有可能保持相当高的强度是出乎意料之外的。从图2的分析还可以看出，同峰值硬化反应的时效相比过时效可明显改进合金的弯曲性能和导电性。
图2表明方法1一般会得到峰值时效硬化产品;而方法2会得到过时效产品。方法3则处于以上两者之间。
在图2中，所提到的弯曲性能是以最小弯曲半径除以板厚来表示的。弯曲成形性试验是测量合金板弯到90°不产生裂纹的最小弯曲半径。好的情况，即以弯曲轴垂直于轧制方向测量其纵向弯曲性能，坏的情况，即以弯曲轴平行于轧制方向测定其横向弯曲性能。最小弯曲半径(MBR)是合金板可以弯曲到90°不产生裂纹的最小弯模半径，“t”是合金板的厚度。
在图2中，曲线G是表示好的情况，即纵向弯曲;而曲线H是表示坏的情况，即横向弯曲。


尽管我们到此为止一直是讨论导电性，但是我们应该清楚，本发明用于电子工业方面的合金同样也会具有良好的导热性能，因为其导热性能实际上是与导电性相关的。
如果需要的话，在退火之后，这种合金可以选择性地以常用酸洗溶液进行清洗。
通过以下实例说明，本发明将会更明了。
实例Ⅰ
将组成为3.03%镍，0.71%硅，0.17%镁和余量为铜的合金用直接冷铸法以约1100℃的熔化温度制备成截面为6″×30″的铸锭。从铸锭中切出2″×2″×4″的试样，在875℃下均热2小时，并将其经6道次热轧减薄到0.55″。然后将其机加工到0.45″厚。此后，把铸锭冷轧到0.10″并在475℃加热使其时效2小时。此后，再将合金冷轧到0.050″并在400℃再时效2小时。然后将其冷轧到0.030″并在300℃稳定化退火1小时。最终冷轧和稳定化退火后测定合金的机械性能。所测得的性能示于表Ⅱ中。
从表Ⅱ可以看出，当用生产方案l加工本发明的合金时，可以在中等导电性下获得非常高的极限抗拉强度。但是，明显降低了弯曲成形性能。从表中所示，抗应力松弛性能有明显提高，因为经稳定化处理后合金的残余应力为88.8%，而未经稳定化处理合金的残余应力为64.1%。在稳定状态下，最佳强度和传导性与显著的抗应力松弛性能的综合使得这种合金非常有利于用作象板簧型装置的连接器。因此，方法1无疑适用于提供本发明的在中等导电性下具有非常高的强度，并在稳定状态下具有最佳抗应力松弛性能



的合金。
实例Ⅱ
制备一系列具有表Ⅲ所述成份的合金。这些合金的加工工艺如表Ⅲ所述。
表Ⅲ中所述的这些合金有不同的镁含量。在最终冷轧后和进一步稳定化处理后测定这些合金的抗应力松弛性能。表Ⅲ中示出的数据清楚地证实了在整个镁含量范围内镁对这些合金抗应力松弛性能的有利作用。这些数据进一步证实了镁对稳定化退火合金的抗应力松弛性能的明显提高作用。因此，根据本发明最好是利用稳定状态的合金，制成要求抗应力松弛的连接器或其它使用项目。
实例Ⅲ
对经热轧后的实例Ⅰ中的试样进行以下加工工序。热轧后，将合金冷轧到0.15″。然后合金经均匀化处理，该处理是在600℃退火6小时;冷轧到0.10″，在830℃退火4-1/2分钟，接着进行水淬。均匀化退火以后，将合金冷轧到0.030″，然后在830℃退火4-1/2分钟，水淬，并冷轧到0.015″。冷轧到0.015″的这些合金中的一部分在525℃经4小时过时效处理，接着冷轧到0.010″。这种加工工艺是按照方案2进行的。这些合金中的另一部分在475℃时效2小时，接着冷轧到0.010″。这些合金是按方案3加工的。0.010″厚度的合金的性能叙述于表Ⅳ中。
如表Ⅳ所示，方案2提供了最高导电性，同时保持了超过100ksi的最佳极限抗拉强度和最佳弯曲成形性。这种方案



特别适合于制造要求具有最佳弯曲成形性以及强度和导电性的引线架材料。然而，我们相信用方案2加工的合金主要用于制作引线架，但他们也可以用于要求最佳弯曲成形性的连接器或其他用途。用于连接器时，为了获得改进的抗应力松弛性能，这些合金最好经稳定化退火处理。与方法2的结果和前面表Ⅱ所提到的数据相比，方案3的这些结果是处于其他方案所得的性能之间。方案3以降低弯曲性性能为代价，提供了超过120ksi的非常好的抗拉强度性能和高于40%IACS的良好导电性。
实例Ⅳ
有表Ⅴ所示成份的一系列合金的制备方法如下将这些合金在约1225℃下熔化，将每炉熔体倒入固定在水冷铜板上的钢铸模中。将所得到的2″×2″×4″的合金铸锭在900℃均热2小时，并在这个温度下经6道次热轧使其减薄到0.55″。然后合金进行如下的加工将它们机加工到0.40″，接着再冷轧到0.18″，这些合金中的一部分在500℃退火4小时后，冷轧到0.080″，然后在425℃退火2小时，接着冷轧75%到0.020″。最后测定这些合金的机械性能和导电性，并示于表Ⅴ中。
表Ⅴ清楚地表明了本发明合金的强度有显著提高，并且导电性也没有下降到不可接受的程度。表Ⅴ中的这些数据还表示了这些合金可以含有在本发明范围内的一些其它元素如铬和锰，并且不降低强度性能。
实例Ⅴ
将上面实例中一部分厚度为0.18″的合金在475℃退火2小时，然后冷轧到0.080″，并在400℃退火2小时，接着冷轧75%到0.020″。测定合金的机械性能和导电性，并列于表Ⅵ中。
表Ⅵ表示了本发明的合金能够获得优异的抗拉强度，同时保持中等导电性。表Ⅵ还表示了加入少量的铬和/或锰有利于合金的抗拉强度性能，而导电性稍有下降。
在本申请书中，“屈服强度”指的是在0.2%残余变形时所测定的屈服强度。“UTS”为极限抗拉强度。本发明中的“延伸率”是在2″计算长度上测出的。术语“ksi”是千镑/平方英寸的缩写。所有成份百分数都是重量百分比。所有退火时间都是在退火温度下的保温时间，不包括炉体升温和降温时间。根据本发明，合金的固溶退火或重新固溶处理最好是用带材退火。短于10分钟的退火最好采用带材退火方法。超过10分钟的退火最好采用罩式退火(Bell退火)。
本申请书中所述的工业铜合金的牌号包括the Copper Development Association Incorporated，405 Lexington Avenue，New York，New York 10017公司的标准牌号。
本发明提供了具有中等传导性和高强度的多用铜合金及其生产方法，它们完全满足前面所提到的目的、意图和优点。虽然结合一些具体的实施例叙述了本发明，虽然通过前面的叙述，许多方案，改进法及派生法对于熟悉技术的人是明显的。因此，包括所有的方案，改进法及派生法都在本发明的权利要求
的宗旨和范围内。
权利要求
1、一种铜基合金，该铜基合金具有改进的极限抗拉强度和改进的导电性，其特征在于它的基本组成为约2-4。8%(重量)的镍，约0。2-1。4%(重量)的硅，约0。05-0。45%(重量)的镁，和其余为铜。
2、一种如权项1中所要求的铜基合金，其特征在于它的基本组成为约2.4-4.0%(重量)的镍，约0.3-1.1%(重量)的硅，约0.05-0.3%(重量)的镁，和其余为铜。
3、一种如权项1或2中所要求的铜基合金，其特征在于它可以构成一种具有良好弯曲成形性的引线架，其中上述的合金处于过时效状态。
4、一种如权项1或2中所要求的铜基合金，其特征在于上述的合金可构成一种具有良好抗应力松驰性能的连接器，其中上述的合金处于稳定状态。
5、一种如权项1或2中所要求的铜基合金，其特征在于上述的合金中镍与硅的比例范围是从约3.5∶1到约4.5∶1。
6、一种如权项1或2中所要求的铜基合金，其特征在于还包括有效量最高约1%(重量)的形成硅化物的元素，这种元素是选自由铬，钴，铁，钛，锆，铪，铌，钽，稀土及其混合物组成的一组元素中。其中可用相应量的上述形成硅化物的元素取代上述的合金中一部分量的镍。
7、一种如权项1，2或6中所要求的铜基合金，其特征在于另外还包括有效量高达0.25%左右的脱硫或脱氧元素，该元素是选自由锂，钙，锰，稀土及其混合物组成的一组元素中。
8、一种如权项1，2或6中所要求的铜基合金，其特征在于当合金中存在铬时，铬的含量不超过约0.1%(重量)。
9、一种使强度和传导性均有改进的铜基合金的生产方法，上述方法其特征在于它包括
(a)提供一种铜基合金，该铜基合金的基本组成为约2-4.8%(重量)的镍约0.2-1.4%(重量)的硅，约0.05-0.45%(重量)的镁，其余为铜;
(b)铸造上述的合金成所需形状;
(c)在约750-950℃保温约30秒到8小时，使上述的合金固溶，接着进行淬火;
(d)冷缩上述合金减薄至少约30%;
(e)在约350-500℃保温使上述合金时效约0.5-8小时;和
(f)最终冷缩上述合金使其减薄约10-90%。
10、一种如权项9中所要求的生产方法，其特征在于还包括步骤(g)，即在约200-345℃使上述合金稳定化退火约0.5-8小时。
11、一种如权项9中所要求的生产方法，其特征在于上述的固溶化步骤(c)包括从上述固溶温度进行多道热轧使合金减薄到所要求的厚度。
12、一种如权项9中所要求的生产方法，其特征在于在低于第一次进行步骤(d)和(e)的时效温度范围内，即在约350-490℃范围内，重复步骤(d)和(e)进行时效约0.5-8小时。
13、一种如权项9中所要求的生产方法，其特征在于代替步骤(e)，上述合金应
(h)在约750-950℃范围内退火约30秒到8小时，接着进行淬火;
(i)冷加工至少减薄约10%;和
(j)在约500-700℃的温度进行退火约0.5-8小时，使其过时效;
14、一种如权项13所要求的生产方法，其特征在于还包括步骤(g)，即在约200-345℃范围内使上述合金稳定化退火约0.5-8小时。
15、一种如权项13所要求的生产方法，其特征在于上述的固溶化步骤(c)包括以所述的固溶温度，使合金经多道热加工达到所要求的厚度。
16、一种如权项13中所要求的生产方法，其特征在于代替步骤(j)，上述的合金经(k)步骤处理，即在约350℃到低于500℃的温度下时效约0.5-8小时。
17、一种如权项16中所要求的生产方法，其特征在于还包括步骤(g)，即在约200-345℃的温度使上述合金稳定化退火约0.5-8小时。
18、一种如权项16中所要求的生产方法，其特征在于上述的固溶化步骤(c)包括以所述固溶温度使合金经多道热加工达到所要求的厚度。
19、一种如权项13或16中所要求的生产方法，其中步骤(h)和(i)重复进行。
20、一种如权项9中所要求的生产方法，其特征在于步骤(c)或步骤(d)或步骤(e)之前，上述合金在约550-700℃的温度范围内经1-8小时的均匀化退火。
21、一种如权项13或16中所要求的生产方法，其特征在于在步骤(c)或步骤(d)或步骤(e)之前，上述的合金在约550-700℃温度范围内经约1-8小时的均匀化退火。
22、一种使强度和导电性均有改善的铜基合金的生产方法，其特征在于它包括
(a)提供一种铜基合金，该铜基合金的基本组成为约0.05-5.0%(重量)的镍，约0.01-2.0%(重量)的硅，最高约1%(重量)的镁，余量为铜;
(b)铸造上述的合金成所需形状;
(c)在约750-950℃的范围内使上述合金固溶化约30秒到8小时，接着进行淬火;
(d)冷缩上述合金至少减薄约30%;
(e)在约750-950℃的温度范围内退火约30秒到8小时，接着进行淬火。
(f)冷加工至少减薄约10%;和
(g)在约500-700℃的温度范围内退火约0.5-8小时，使其过时效。
23、一种如权项22中所要求的生产方法，其特征在于还包括步骤(h)，即在约200-345℃的温度范围内使上述合金稳定化退火约0.5-8小时。
24、一种如权项22中所要求的生产方法，其特征在于上述固溶化步骤(c)包括从上述固溶温度对上述的合金进行多道热加工使其达到所需厚度。
25、一种如权项22中所要求的生产方法，其特征在于重复进行步骤(e)和(f)。
26、一种如权项22中所要求的生产方法，其特征在于步骤(c)或步骤(d)或步骤(e)之前，将上述的合金在约550-700℃的温度范围内均匀退火约1-8小时。
27、一种如权项23中所要求的生产方法，其特征在于在步骤(h)之前或之后，都可将上述的合金成形为电器连接元件。
28、一种如权项22中所要求的生产方法，其特征在于在步骤(g)以后，将上述的合金成形为引线架。
29、一种如权项2中所要求的铜基合金，其特征在于在合金中上述的镁含量约为0.1-0.2%(重量)。
30、一种用权项22中的方法生产的过时效状态的铜基合金。
专利摘要
一种极限抗拉强度和导电性均有改进的多用铜基合金。这种合金通过不同的生产方法可以满足如连接器或引线架等应用项目所要求的性能。这种合金包括在其中加有约0.05-0.45％(重量)镁的Cu-Ni-Si合金。
文档编号C22F1/08GK86102885SQ86102885
公开日1986年11月19日 申请日期1986年4月26日
发明者罗纳德·N·卡罗恩, 约翰·F·布里迪斯 申请人:奥林公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan