一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法与流程

本发明属于合金材料加工技术领域，具体涉及一种cu-cr、cu-cr-zr、cu-ni-si、cu-fe、cu-fe-p或其他铜合金在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法。

背景技术：

高强度高导电铜合金的发展最初主要依靠引线框架材料需求的推动，引线框架是集成电路封装中的关键部件，也是集成电路芯片内、外电路连接电通路的必要组成部分。随着下一代互联网、新一代移动通信、数字电视的逐步推进，带动了电子材料和新型电子元器件的市场需求。目前，电子材料和元器件产业已进入新一轮快速增长期，其中作为整机主板的主体材料，铜基电子材料的升级换代的速度也在不断加快。随着集成电路向大规模和超大规模发展,对引框架线材料的综合物理性能提出了更高的要求。

引框架线所用的合金体系有cu-fe-p系、cu-ni-si系、cu-cr-zr系等。传统提高铜合金强度的方法主要是固溶及随后的退火处理，由于合金元素含量较低，固溶强化作用有限，一般抗拉强度提升有限。比如cu-0.7wt％cr合金，其固溶时效处理后的抗拉强度仅能够达到360mpa左右。为了解决这些问题，不少研究学者采用剧烈塑性变形技术(比如等通道转角挤压、累计叠轧和高压扭转)结合后续的热处理工艺来制备纳米/超细晶铜合金。此外，也有相关学者尝试了在液氮温度利用动态塑性变形以及冷拉拔来强化合金。通过这种强化手段，能够使合金具备更佳的综合性能，在一定程度上扩展了其在工业领域的应用。然而，通过上述手段获得的合金塑性普遍不高，其延展率很难达到15％以上，并且对合金的导电率有一定程度的损害。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，本发明提供一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法。该方法是使合金坯料在一定的温度下进行快速剧烈塑性变形，通过不同变形量及保温道次的组合，来制备超细晶铜合金。这种加工工艺可以加速合金的时效动力学过程，使固溶的原子能够快速析出，减少合金的时效保温时间，使合金获得高的导电率。并且可以调节动态析出相的位置，使其大量偏聚在晶界处，从而通过钉扎晶界细化铜合金组织。如图2、图3所示，晶粒内部明亮清晰，很少出现纳米尺寸的析出相，析出的原子大部分都聚集在晶界处。数据表明这种工艺下制备的铜合金，能够获得高的强度以及较高的延伸率，同时合金的导电率也能达到较高水平。

本发明采用的技术手段如下：

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将加热炉加热到合金的充分时效处理温度以下50～200℃(比如cu-cr-zr完全时效温度通常发生在500～600℃之间，而本试验对此类合金选用的炉膛温度为350～480℃)，然后将合金坯料放置入加热炉的炉膛内，保温5～20min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出，在一定的变形量下对合金配料进行快速塑性变形；

s3、将前一步骤变形后的合金坯料放置到加热炉的炉膛内保温5～20min；

s4、重复步骤s2；

s5、重复进行步骤s3和步骤s4。

所述加热炉为马弗炉或盐浴炉。

所述步骤s2中，在一定的变形量下对合金配料进行快速塑性变形指的是快速对取出的预热的合金坯料快速轧制，采用的压下率为25％～80％。

所述合金坯料的材质为cu-cr、cu-cr-zr、cu-ni-si、cu-fe、cu-fe-p或其他铜合金。

本发明与现有技术相比，具有如下特点：

(1)本发明能够获得超细晶铜合金，其不但能够获得高的强度和导电率，同时可以提升合金的延展率。

(2)本发明操作简单，工艺条件要求宽松。

(4)本发明可以加工cu-cr、cu-cr-zr、cu-ni-si、cu-fe、cu-fe-p或其他铜合金，对于强化同等类型的合金具有自身的技术优势。

基于上述理由本发明可在合金材料加工技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中实施例1、实施例2及正常加工条件下(固溶+时效)得到的合金的拉伸曲线。

图2是本发明的具体实施方式中实施例1得到的合金的(a)晶界照片(b)铬的析出相分布照片。

图3是本发明的具体实施方式中实施例2得到的合金的(a)晶界照片(b)铬的析出相分布照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中使用的测试仪器为：利用wd-z涡流电导仪测其导电率，利用wdw-200h型电子万能试验机测试其拉伸性能。

实施例1

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到450℃；将尺寸为60×40×100mmc18150的铜铬锆合金坯料(其含量为cr：1wt.％,zr：0.01wt.％)放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从40mm轧制到32mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从32mm轧制到24mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从24mm轧制到14mm；

s7、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s8、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从14mm轧制到4mm；

s9、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s10、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为70.1iacs％,延伸率为36％，抗拉强度为610mpa。

实施例2

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到450℃；将尺寸为60×40×100mmc18150的铜铬锆合金坯料(其含量为cr：1wt.％,zr：0.01wt.％)放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从40mm轧制到24mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从24mm轧制到4mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为78iacs％,延伸率为35％，抗拉强度为570mpa。

实施例3

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到480℃；将尺寸为60×40×100mmc18150的铜铬锆合金坯料(其含量为cr：1wt.％,zr：0.01wt.％)放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从40mm轧制到32mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从32mm轧制到24mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从24mm轧制到14mm；

s7、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s8、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从14mm轧制到4mm；

s9、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s10、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为80.1iacs％,延伸率为37％，抗拉强度为510mpa。

实施例4

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到480℃；将尺寸为60×40×100mmc18150的铜铬锆合金坯料(其含量为cr：1wt.％,zr：0.01wt.％)放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从40mm轧制到24mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从24mm轧制到4mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为83iacs％,延伸率为37％，抗拉强度为520mpa。

实施例5

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到480℃；将尺寸为60×40×100mm的cu–2.0wt.％ni–0.5wt.％si合金坯料放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从40mm轧制到24mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从24mm轧制到4mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为50iacs％,延伸率为26％，抗拉强度为700mpa。

实施例6

一种在特定温度区强塑性变形制备高强高导铜合金的方法，具有如下步骤：

s1、将马弗炉加热到450℃；将尺寸为60×40×100mm的cu–0.22wt.％fe–0.06wt.％p合金坯料放置入马弗炉的炉膛中，保温10min；

s2、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从40mm轧制到24mm；

s3、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s4、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制一道次，其厚度从24mm轧制到4mm；

s5、将前一步骤轧制后的合金坯料放置到马弗炉的炉膛内保温10min；

s6、将前一步骤预热后的合金坯料取出快速轧制两道次，其厚度从4mm轧制到1mm；

所得合金其导电率为90iacs％,延伸率为45％，抗拉强度为510mpa。

图1是实施例1、实施例2及正常加工条件下(固溶+时效)得到的合金的拉伸曲线。由图可知，实施例1、实施例2得到的合金不仅能够获得高的抗拉强度；相对于正常加工，其延伸率也得到了很大程度的提升。应说明的是，其他实施例也能够获得更高强度及塑性的铜合金，且其导电率均维持在较高水平，本图没有一一列举。

图2是实施例1得到的合金的(a)晶界照片(b)铬的析出相分布照片。

图3是实施例2得到的合金的(a)晶界照片(b)铬的析出相分布照片。

如图2、图3所示，晶粒内部明亮清晰，很少出现纳米尺寸的析出相，析出的原子大部分都聚集在晶界处。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。