专利名称：一种高强度变形Cu-Sn合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及高Sn含量变形Cu-Sn合金加工技术，具体为一种高强度变形 Cu-Sn合金的制备方法。
技术背景锡青铜是历史上最古老的一种铜合金，广泛用于机器制，和飞机制造业， 用以制造受力、抗腐蚀零件以及制造弹性元件和耐摩擦零件等。近年来，Cu-Sn 合金以低的电阻率、高的电迁移*和连接可靠性等优点，在大夫见模集成电路和 芯片的互连接领域有着极大的应用潜力。在铸造状态下，随着含锡量的增加， Cu-Sn合金强度升高，塑性也略有增加；但当锡含ife到54wt /。时，由于组织 出现5相(以化合物C^Sn8为基的固溶体)，其塑性急剧下降；含锡駄20wty。 以后，晶界偏析严重，合金的5驢、塑性极差，所以工鹏锡青铜的含锡量一般 在3 14wt.。/。。其中压力加工锡青铜含锡量小于8wt.。/。，宜冷热压力加工成板、带、 棒、管等型材，经加工硬化后，其抗拉强度、硬度上升、而塑性下降。退火后可 在傲寺较高抗拉强度的同时改善塑性，适于仪表上要求耐TO耐磨件、弹性件、 抗磁4牛及机器中滑动轴承、轴套等。随着i见代工业的发展，采用传统工艺制备的 Cu-Sn合金的纟驢性能指标己经不能满足目前弹性元件的要求，因此制备高性能 变形Cu-Sn合金成为目前该材料a开究领域一个新的热点。发明内容本发明的目的在于掛共一种高强度 Cu-Sn合金的制备方法，解决高Sn 含量变形Cu-Sn合金冷热加工较为困难、产品的成材率低等问题。采用本工艺制 备的变形Cu-Sn合金具有较高的弓驢和良好的塑性、韧性，可用于各种高弓驢变 形Cu-Sn合金的制备。本发明的技术方案是一种高Sn Cu-Sn合金的制备方法，采用喷射成形加沉积坯轧制处理工艺制备髙3艘变形Cu-Sn合金，采用喷射成形技术制备高Sn含量变形Cu-Sn合金锭还，然后，对沉积态^^i定:Ki:接进行冷轧处理。所述的高强度变形Cu-Sn合金的制备方法，具体工艺参数如下-采用喷射成形工艺制备具有斜目a-Cu组织的 Cu-Sn合金。Sn含量在 1(M4.5wLO/o之间。初扎道次变形量在1(M5%，总的变形SiiSJ 3(^50%;然后在58"2(TC进 行再结晶退火处理，处理时间为2(M0min，水冷。然后进行终轧处理，道次变形 量15~20%之间，总的变形量为5(^90%。本发明的优点及有益效果如下1、 在平衡状态下，Sn在铜中最大的固溶度为13.5wt.%，而通常变形Cu-Sn 合金的Sn賴低于8wt.%，远没有达到该合金的固溶度极限。因此，对于固溶体 型Cu-Sn合金，增加Sn含量，可以提高合金纟破。然而由于Cu-Sn 二元合金铜 侧的凝固温度范围很宽，将近200K，如果采用传统铸造工艺，随着合金中Sn含 量的增加，偏析严重，基体中5相的数量急剧增多，不利于合金直接进行冷热变 形处理。Cu-Sn合金中的a相是以铜为基的固溶体，面心立方结构，具有良好的 塑性变形能力，单相a锡青铜，可以舰冷热加工提高力学性能。因此，如何获 得斜目a锡青铜是制备高强Cu-Sn合金的又一关键。本发明设计了一个全新的高 弓M变形Cu-Sn合^ij备工艺，在该方法中，采用喷射成形技术可以制备大尺寸 具有快速凝固组织特征的i丕锭(单相a锡青铜)，是后续塑性加工过程得以顺利 进行并制备高性能深加工制品的基础。车L制过程中形变量的选择为合金材料力学 性能的调节提供了可能。在采用喷射i^f幼口沉积还车L制处理工艺制备高弓艘变形 Cu-Sn合金，制备的齢金晶粒细小，组织均匀，具有较高的弓驢0800MPa) 同时，具有较低的弹性模量"95GPa)，这在金属材料领域是独一无二的。有理 由相信喷射成形加沉积坯轧制工艺作为一种高3雖变形Cu-Sn合絲ij紐术，将 会在弹性元件领域有着广泛的应用前景。2、 本发明采用喷射成形工艺制备高质量的高Sn含量变形Cu-Sn合^f定坯， 合，U备过程中彻底解决了由于Sn含量的增加而导致合金中S相的增多，偏析 严重，合金冷热塑性变形能力降低的问题。3、 本发明对高Sn变形Cu-Sn合金的车L制可以在室温下进行，初轧道次变形 量在1(^15%，总的变形量达到3(K50%;然后在58(K620"C进行再结晶退火处理， 处理时间为2(M0min， 7jC冷。然后进行终轧处理，道次变形量15~20%之间，总的变形量为5(K^0%。
±述的参数设计，测i^明所获得的高Sn含量变形 Cu-Sn合金板材具有良好的力学性能。4、 与传统Cu-Sn合，U备工艺相比，该工艺过程简单，合金强度高，可以 适用于各种高Sn含量变形Cu-Sn合金的制备。5、 本发明采用喷射成形+沉积坯轧制处理工艺制备高强高导变形Cu-Sn合金 板材，随着轧制变形量的增加，合金的3雖和塑性可以在一个较宽的范围内变化， 合金的力学性會继择范围大，可以满足不同工业的需求。
图1为实施例3中沉积态01-13.5%811(重量百分数，下同)合金的显'1^且织。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。 实施例1高弓驢Cu-10%Sn合誠lj紅艺在氮气<跋气氛下，将Cu-10。/。Sn合金在 雾化沉积装置内采用常规的(采用中频感应加热)熔炼、雾化、沉积成锭坯。沉 积还组织细小均匀，晶粒尺寸在3(K50Mm之间。)(t沉积:Ei:,行冷轧处理。初 车L道次变形量在150/。，总的^^敏到50%;然后在620。C进行再结晶退火处理， 处理时间为20min， 7K冷。然后进行终轧处理，道次变形量为20%左右，总的变 形量为50^0%。经过形变量为50%轧制后Cu-10%Sn合金的室温拉伸强度分别 为830MPa，屈服纟虽度为750MPa，延伸率为12%;形变量为70%轧制后Cu-10%Sn 合金的室温拉伸强度分别为880MPa，屈服强度为800MPa，延伸率为10%;形变 量为90%轧制后Cu-10%Sn合金的室温拉伸强度分别为920MPa，屈服强度为 830MPa，延伸率为6%，弹性模量为95GPa。实施例2高强度Cu-12%Sn合錄隨工艺在氮气《娥气氛下，将Cu-12。/。Sn合金在 雾化沉积装置内采用常规的(采用中频感应加热)熔炼、雾化、沉积成锭坯。沉 积坯组织细小均匀，为单相a铜固溶体组织，平均晶粒尺寸为30拜。Xt沉积坯 直接进行冷轧处理。初轧道次变形量在13%，总的变形m到45%;然后在600 r进行再结晶退火处理，处理时间为25min， 7JC冷。然后进行终轧处理，道次变 形量为18%左右，总的变形量为5(^90%。经过形变量为50%轧制后Cu-12%Sn 合金的室温拉伸强度分别为850MPa，屈服S虽度为780MPa，延伸率为10%;形变量为70%车匕制后Cu-12%Sn合金的室温拉伸弓驢分别为890MPa，屈服强度为 820MPa，延伸率为8%;形变量为90%车[制后Cu-12%Sn合金的室温拉伸弓驢分 别为940MPa，屈服强度为850MPa，延伸率为6%，弹性模量为90GPa。 实施例3高弓驢Cu-13.5。/。Sn合絲iMX艺在氮气^^户气氛下，将0>13.5%811合金 在雾化沉积装置内采用常规的(釆用中频感应加热)熔炼、雾化、沉积成锭还。 沉积坯组织细小均匀，为单相a铜固溶体组织，平均晶粒尺寸为34pm，如图1 戶标。Xt沉积MSiS行冷轧处理。初车L道次变形量在10%，总的变形*&到40%; 然后在60(TC进行再结晶退火处理，处理时间为30min，水冷。然后进行终轧处 理，道次变形量为15%左右，总的变形量为50~80%。敏形变量为50%轧制后 Cu-13.5%Sn合金的室温拉伸纟驢分别为870MPa，屈服强度为790MPa，延伸率 为9%;形M为80%轧制后Cu-13.5%Sn合金的室温拉伸 虽度分别为970MPa， 屈服强度为920MPa，延伸率为7%;弹性模量为88GPa。实施例4高强度01-14.5%811合絲隨工艺在氮气保护气氛下，将Cu-145。/。Sn合金 在雾化沉积装置内采用常规的(采用中频感应加热)熔炼、雾化、沉积成锭坯。 沉积坯组织细小均匀，为单相a铜固溶体组织，平均晶粒尺寸为32.6pm。对沉积 M皿行冷轧处理。初轧道次变形量在10%，总的变形量达到35%;然后在580 "C进行再结晶退火处理，处理时间为40min，水冷。然后进行终轧处理，道次变 形量为14%左右，总的 量为50~80%。经过形变量为50%车1制后Cu-14.5%Sn 合金的室温拉伸S驢分别为920MPa，屈S躬跛为850MPa，延伸率为8%;形变 量为60%轧制后Cu-14.5%Sn合金的室温拉伸3驢分别为970MPa，屈服强度为 930MPa，延伸率为6%;形变量为80"/。车L制后Cu-14.5%Sn合金的室温拉伸强度 分别为1080MPa，屈服强度为990MPa，延伸率为4%，弹性模量为85GPa。
权利要求
1. 一种高强度变形Cu-Sn合金的制备方法，其特征在于采用喷射成形加沉积坯轧制处理工艺制备高强度变形Cu-Sn合金，采用喷射成形技术制备高Sn含量Cu-Sn合金锭坯，然后，对沉积态Cu-Sn合金锭坯直接进行冷轧处理。
2. 按照权禾腰求l戶腿的高纟艘变形Cu-Sn合金的制备方法，其特征在于， 采用喷射成形工艺制备具有单相a《u组织的变形Cu-Sn合金，Sn含量在 1(K14.5wt。/。之间。
3. 按照权利要求l,的高强度变形Cu-Sn合金的制备方法，其特征在于， 冷轧处理工艺参数如下初车L道次变形量在1(M5%，总的变形1^到35 50%;然后在580^62(TC进 行再结晶退火处理，处理时间为2(K40min，水冷；然后进行终轧处理，道次变形 量14~20%之间，总的变形量为50^0%。
全文摘要
本发明涉及铜合金加工技术，具体为一种高强度变形Cu-Sn合金的制备方法，解决高Sn含量变形Cu-Sn合金冷热加工较为困难、产品成材率低等问题。采用喷射成形+沉积坯轧制处理工艺制备高强变形Cu-Sn合金。制备的Cu-Sn合金晶粒细小，组织均匀，为单相α-Cu组织，合金轧制后具有良好的力学性能。随着轧制变形量的增加，合金的强度和塑性可以在一个较宽的范围内变化，可以满足不同工业的需求。与传统Cu-Sn合金制备工艺相比，该工艺过程简单，合金强度高，可适用于各种高Sn含量变形Cu-Sn合金的制备。另外，该合金在具有较高的强度(＞800MPa)同时，具有较低的弹性模量(＜95GPa)，这在金属材料领域是独一无二的。可以预测高强度变形Cu-Sn合金将会在弹性元件领域具有广泛的应用前景。
文档编号C22F1/08GK101235445SQ20071001024
公开日2008年8月6日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者杰 何, 王晓峰, 赵九洲 申请人:中国科学院金属研究所