高强高弹高导铜合金的制作方法_2

文档序号:9804839阅读:来源:国知局
,从而减少铜基体中异类原子对电子波的散射作用,从而确保铜 基体的导电性能达到50%IACS以上。当La、Ce的含量低于O.OOlwt%时,对铜基体的净化效 果不明显,当其含量高于O.lwt%时,过量的La和Ce会散射电子波,降低铜合金的导电率。La 和Ce的最佳含量范围为0.001 %~0. lwt %。
[0017] 该高强高弹高导铜合金的化学组成还包括Ti :0.005wt%~0. lwt%。
[0018] 本发明中Ti原子通过固溶并淬火处理溶入铜基体中形成过饱和固溶体,然后通过 双级时效处理析出Cu xTiy金属间化合物,析出的金属间化合物CuxTiy对CrxZry、Ni xSiy、 C〇xSiy三种主要的协同弥散强化相起补充强化作用,有助于进一步提高本发明铜合金的屈 服强度、弹性模量,Ti原子的析出可提高铜基体的纯度,可确保对铜合金的导电率无太大影 响。
[0019] 该高强高弹高导铜合金含有CrxZry、NixSi y和C〇xSiy金属间化合物,这三种金属间 化合物在合金中的体积分数含量范围分别为:Cr xZry :0.01%~1.6%,NixSiy:2.0%~ 8.0 %,C〇xSiy: 0.2 %~2 %。作为进一步优选,CrxZry金属间化合物的体积分数含量标记为 a,NixSiy金属间化合物的体积分数含量标记为b,CoxSiy金属间化合物的体积分数含量标记 为c,这三种金属间化合物起协同强化作用,其体积分数含量符合关系式:2.5〈(a/c)+b〈12。
[0020] 本发明合金中CrxZry、NixSi y与C〇xSiy金属间化合物为主要强化相,采用X射线定量 相分析得知,这三种金属间化合物的体积分数含量范围分别为:Cr xZry 0.01 % -1.6 %, NixSiy2.0%-8.0%,CoxSiy 0.2%-2%。把铜合金中含有的强化相CrxZry标记为a、强化相 NixSiy标记为b、强化相C〇xSiy标记为c,这三种强化相起协同弥散强化作用,其体积分数符 合关系式2.5〈( &八)+13〈12。当其体积分数关系式(&/(3)+13的值低于2.5或高于12时,三者的 协同弥散强化效果较差,铜合金的屈服强度、弹性模量、导电率不能同时达到SOOMPa、 130GPa、50%IACS以上。
[0021] 该高强高弹高导铜合金的化学组成中包括Ti时,其含有CrxZry、Ni xSiy、C〇xSiy和 CuxTiy金属间化合物。
[0022] 该高强高弹高导铜合金的化学组成中包括La和Ce时,其含有CrxZry、Ni xSiy、 (:0$。、1^附\、〇6^^\、(^1^丄6\(^、]\^1^和]\^£6\金属间化合物及0单质。
[0023] 该高强高弹高导铜合金的化学组成还包括一种或者多种元素选自:Sn:0.001wt% ~0.2wt%,Ag:0.001wt%~0.1wt%,Fe:0.001wt%~0.1wt%,Al:0.001wt%~0.1wt%, 211:0.001¥七%~0.2¥七%,〇&:0.001¥七%~0.1¥七%,8:0.001¥七%~0.1¥七%。其中311、八8、 Al、Zn可提高本发明铜合金的再结晶温度,从而提高采用本发明的铜合金板带制备的电子 接插件、连接器及引线框架的高温工作稳定性;Fe、Ca、B可细化晶粒,提高本发明铜合金的 成型性能。
[0024] 该高强高弹高导铜合金的屈服强度为800MPa以上,弹性模量为130GPa以上,导电 率为50%IACS以上。
[0025] 该高强高弹高导铜合金应用于电子接插件与引线框架。
[0026] 本发明高强高弹高导铜合金板带制备的工艺流程为:配料-熔铸-锯切-加热- 热乳-固溶与淬火处理-铣面-一次冷乳-二次固溶处理-二次冷乳-一次时效处理- 三次冷乳-二次时效处理-拉矫。
[0027] 本发明的铜合金是一种含有多种析出相的时效强化型合金,各析出相的析出、分 布及相互之间的影响是决定该合金材料性能的关键因素,而保证各析出相的析出和分布的 主要控制手段为该合金的固溶与淬火处理和两次时效处理。
[0028] 本发明高强高弹高导铜合金板带,热乳温度为900°C~1000°C,加热保温时间为3 小时~6小时。本发明铜合金的热乳温度控制在900°C~1000°C,在该温度范围内,本发明铜 合金中的〇、21*、附、(:〇、3;[、]\%、11、]^1、〇6及起晶粒细化作用的元素都可溶入铜基体中,铜合 金中无其它颗粒存在,可保证热乳加工时铜合金的变形均匀与不开裂。当热乳温度低于900 °C,合金元素没有完全溶入铜基体中,这些元素形成的金属间化学物颗粒会影响变形均匀 性,甚至会造成热乳开裂。当热乳温度高于l〇〇〇°C时,会出现过热或过烧现象,使铜合金的 晶粒过分粗大或出现局部熔化现象。加热保温时间为3小时~6小时,可确保合金元素充分 溶入铜基体且晶粒不发生长大现象。加热保温时间低于3小时,部分溶质原子由于扩散不充 分而无法溶入铜基体;保温时间超过6小时,晶粒会发生长大,影响铜合金板坯的热乳开坯 性能。
[0029] 本发明高强高弹高导铜合金板带,其固溶加热温度为950°C~1000°C,保温时间为 3h~5h,淬火方式为水淬。本发明将固溶加热温度设置为950°C~1000°C,其作用是确保热 乳开坯完成后析出的溶质原子重新固溶进入铜基体中形成过饱和固溶体,便于后续时效过 程中弥散强化相的析出。保温时间为3h~5h,目的是使固溶过程中溶质原子有充分扩散的 时间,形成过饱和固溶体。
[0030] 本发明高强高弹高导铜合金板带,其一级时效温度为300°C~550°C,保温时间为 2h~6h。本发明将一级时效温度设置为300°C~550°C,其作用是使过饱和固溶中析出部分 强化相粒子,在后续的板材冷乳加工过程中,以这些粒子为中心形成大量位错,为第二次时 效处理(二级时效)提供溶质原子扩散通道,有利于二级时效时溶质原子充分析出形成 CrxZry、NixSiy、C〇xSi y与CuxTiy等弥散强化相。一级时效温度低于300°C时,溶质原子扩散速 度很慢,无法从过饱和固溶体中析出;一级时效温度高于550°C时,一级时效析出的溶质原 子过多且这些析出的溶质原子形成的金属间化合物会发生长大,不利于后续进行的冷乳加 工与二级时效。保温时间为2h~6h的目的是使一级时效时溶质原子有时间发生扩散,从而 从过饱和固溶体中析出部分弥散强化相。
[0031 ]本发明高强高弹高导铜合金板带,其二级时效温度为350°C~500°C,保温时间为 2h~6h。一级时效并冷乳加工后,在一级时效时析出的粒子周围会形成大量的位错。本发明 将二级时效温度设置为350°C~500°C,其作用是在一级时效及冷乳加工后,使过饱和固溶 体中一级时效时没有析出的剩余溶质原子沿一级时效时析出的粒子周围的位错通道进一 步析出。由于有位错通道的存在,因此二级时效时,析出过程更加完全,析出的粒子更加均 匀、细小、弥散。当二级时效温度低于350°C时,二级时效过程中溶质原子的析出过程不充 分,铜基体中会残留大量的溶质原子,影响铜合金板带的导电率;当二级时效温度高于500 °(:时,虽然析出充分,但析出的粒子会长大,从而影响弥散强化效果。二级时效处理保温时 间低于2h时,原子扩散不充分,影响溶质原子的完全析出;二级时效处理保温时间高于6h 时,析出的粒子也会发生长大,影响强化效果。
[0032] 与现有技术相比,本发明的优点在于:
[0033] 1、本发明通过对所述铜合金进行成分及加工工序与工艺的优化,所提供的高强高 弹高导铜合金,其屈服强度可达800MPa以上、弹性模量可达130GPa以上、导电率可达50% IACS以上。与公知的电子接插件、连接器、引线框架用铜合金相比,本发明高强高弹高导铜 合金制成的板带的综合性能更好,对环境及人类无伤害。本发明高强高弹高导铜合金制成 的板带,更能符合电子接插件、连接器、引线框架的小型化、轻质化、多插脚化、高导电的发 展要求。
[0034] 2、本发明高强高弹高导铜合金,其屈服强度可达SOOMPa以上、弹性模量可达 130GPa以上、导电率可达50%IACS以上,主要是由于CrxZry、NixSi y与CoxSiy金属间化合物起 协同弥散强化作用。这三种金属间化合物在合金中的体积分数含量范围分别为: CrxZry0 · 01 %-1 · 6 %,NixSiy 2 · 0 %-8 · 0 %,CoxSiy 0 · 2 %-2 %。CrxZry金属间化合物的体积 分数含量标记为a,NixSiy金属间化合物的体积分数含量标记为b,Co xSiy金属间化合物的体 积分数含量标记为c,这三种
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