专利名称：：铜合金及其用途的制作方法铜合金及其用途
技术领域：
本发明涉及一种铜合金及其用途。
背景技术：
：原来注塑等塑性材料成形加工用的模具材料多数采用碳钢、工具钢等，由于这些材料的热传导率低，就会带来注塑成形时的压射周期时间变长的问题。为了解决此问题，提出了种种关于用铜合金作为注塑成形的模具材料，例CDAAllyNoC-1800日本国特公昭62-14215号公报、特开平2-190430号公报、及特开平4-218631号公报是提出用Cn-Ni-Si系合金。这些材料比原有的钢材要有较高的热传导率、虽已满足了以上的要求、但对切削性这点还是不够。因此希望在拥有高热传导率的同时，也拥有优良的切削性的成形模具材料的出现。作为焊接机器用的高导电性及高强度的材料，主要以Be-Cu合金(美国电阻焊接制造协会RWMA规格标准三种，标准四种，CDAAlloyNoC-17200、C-17510,Cu-Ni-Si系合金(RWMA标准三种CDANoC-18000为主)。由于Be的氧化物对人类健康有害，部分国家已被禁止使用。而CDANoC-18000的机械性能不够。因此希望开发具有良好的切削性、铸造性及高导电性、高强度的材料代替上述材料。
发明内容针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有良好的热传导性及切削性的注塑等塑性材料成形加工用的铜合金模具材料;本发明的另一目的是提供一种具有高导电性及高强度焊接机器用的铜合金材料。本发明的技术方案为通过研究在过去利用电子零件的半导体及接触端子等材料作为注塑成形的模具材料、焊接机器用材料，来完成本发明。本发明的第一种铜合金含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.34.5%的硅，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.012.1%。本发明的第二种铜合金含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.34.5%的硅，0.0050.3%的镁，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.0~12.1%。第二种铜合金中，优选所述的镁的重量比为0.070.3%。本发明的第三种铜合金含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.34.5%的硅，0.0050.3%的锆，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.0~12.1%。本发明的第四种铜合金含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.3~4.5%的硅，0.0050.3%的镁，0.005~0.3%的锆，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.012.1%。本发明的第一种、第二种、第四种技术方案中的铜合金在用于制造塑性材料成形加工用模具的应用。本发明的第一种、第三种、第四种技术方案中的铜合金在用于制造焊接机器用的电极材料的应用。对于上述合金中，选取各成分及其重量百分比的理由如下Ni+Co:2.0~12.1%Ni及Co、Si通过固溶化处理、时效处理，析出Ni-Co-Si金属化合物，是增加铜合金强度的元素。如果添加量超出12.1%时，会使热传导性、导电率的降低及影响加工性；还有少于2.0%时，就达不到理想的强度，因此要在以上这个范围之内。Si:0.34.5%Si如上述Ni+Co所记载的，是增加铜合金强度的元素。如果添加量超出4.5%时，会使热传导性、导电率的降低及影响加工性。还有少于0.3%时，就达不到理想的强度，因此要在以上这个范围之内。Mg:0.0050.3%Mg在铜合金中起到强化晶界、提高热加工性作用的元素。还有加入Mg:0.07-0.30%,切削性有显著的提高。Zr:0.005~0.3%Zr与Mg同样起到强化晶界、提高热加工性、细化晶粒作用，如果超出0.3%时，相反会降低热加工性。本发明的铜合金材料，是以上述的Ni+Co、Si、Zr、Mg合金元素作为极其单纯的合金组成，除上述元素以外的杂质元素尽量减少。不可避免混入的杂质元素例Zn、Cr、Mn、C、P等的具体控制要求为Zn:0.01%以下；Cr:0.01%以下；Mn:0.01%以下；C:0.01%以下；P:0.05%以下。这些杂质元素超出上述范围时，会降低其导电率。如果还含有除上述以外的杂质元素，尽量控制到最少。本发明的铜合金模具材料，其导电率要求在IACS。/。45以上时，必须含有上述的Ni+Co、Si元素成分。其中Ni+Co:Si的比率在4:1到5.5:1的范围为最好。本发明的铜合金模具材料的制造工艺溶解铸造成所规定合金组成的铸锭；通过锻造或轧制加工进行分块、成型，得到所要的形状的合金材料后、进行固溶处理，固溶体化处理温度为850950'C范围内。急冷后、进行机加工、形成所要的合金形状。在400600'C范围内进行时效处理。本发明的铜合金模具材料希望得到的硬度范围为HRC20~36。本发明与已有技术相比具有如下优点1、本发明的铜合金模具材料与原来的注塑模具铜合金材料相比，大大提高了热传导率、縮短了成型压射周期、有着显著的切削性，特别是在高速切削时，与原来的注塑模具铜合金材料相比，提高10倍以上的切削性、加工性。本发明的铜合金模具材料以简单的加工工艺、低成本来制造各种形状的模具及模具材料，也可利用在铝合金、镁合金的压铸模等。2、本发明的焊接机器用铜合金材料与原来的铍铜系材料相比，具有相当高的强度，极其提高了导电率，且不含会污染环境有害健康的Be元素。高硬温度高。而且添加了少量的镁，加倍提高了切削性，特别是在高速切削时，比铍铜提高了IO倍以上的切削性。相对也提高了零件的加工精度和生产的可行性。具体实施例方式本发明铜合金棒的化学成分组成，及其制造条件、机械特性和导电率如下表1和表2:表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本发明的铜合金材料，由上述合金组成，与原来的注塑模具铜合金相比，热传导率增加了1.5~1.8倍，而且切削性也有显著的改善，特别是高速切削时，与原来的注塑模具铜合金相比，提高了10倍以上。下述的表3中的合金组成是通过熔炼坯锭、锻造分解及热加工后、900'C固溶体化处理、投入水中急冷、450500'C时效处理而成，硬度达到HRC23的模具材料。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>焊接机器用的铜合金电极材料是以美国电阻焊接制造协会(RWMA)标准3种、4种为标准，主要是以Be-Cu(C-17200、C-17510)、Ni-Si-Cr-Cu(C-18000)合金为主，被广泛利用。因这些合金含有Be元素，其导电率低、弯曲加工性差。本发明合金导电率(IACS)50%以上、抗拉强度960Mpa、延伸率8%以上，具有高导电率极其优越的热传导性和机加工性。在用于各种焊接机的焊接杆、主机等能体现出优良的特性。所得的模具材料，进行切削性试验。针对低速切削和高速切削2种切削条件、切削距离(m)及外周刀的磨损程度(mm)的评价测定。其他的切削条件如下切削装置MHNC-40、切削刀MM64(OSG公司产)、切削方法侧面切肖lj(Down)、切入量15X2mm、切削油DRY。低速切削的条件为转速680min"(21m/min)、送刀行程109mm/min"(0.08mm/刀)；高速切削的条件为转速1120min"(35m/min)、送刀行程180mm/min"(0.08mm/刀)。所评价的结果(外周刀的磨损度(mm))见表4。固溶体化处理后、时效处理、切削加工成所定的形状后的铜合金材料的物理特性如表5。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上述表4结果表明，本发明的铜合金模具材料有着优越的切削性能，与相比较的铜合金相比，是低速切削时的2倍以上，是高速切削时的10倍以上，表5的结果表明，热传导率是原有铜合金的1.5倍。将本发明用作于焊接机零件(弯臂、接杆、工具等)也是一种很好的材料，具有高强度、高导电及耐高温的优点。和原来常用的C-17200铍铜具有相同的强度、导电性。但Be属于稀有资源，价格高。为了排除环境污染、有害人体身体健康等问题，则不希望使用Be元素，而急需一种高强度、高导电及加工性良好的材料来代替。Ni+Co。/。为5.012.1%的合金与原来的Be-Cu合金(C17300)相比有以下优点1、不含Be元素；2、具有高导电(高热传导性)；3、成形、车削加工后，经过热处理后，变形、收縮小；4、高温硬度高。实施例20和比较例10其各自的硬度、热传导率、密度、热膨胀耐力、抗拉强度、扭力、高温强度如表6所示；高温硬度比较如表7所示。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本发明的高强度合金Ni+Co%:5.012.1%的组成范围如下表8所示:表8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>比较合金成分如下表9表9<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>原来合金Be-Cu合金组成如下表10:表10<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>各实施例与比较合金的制造条件、机械特性和导电率灯如下表11。表11<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种铜合金，其特征在于含有重量比为大于等于0.1％小于12.0％的镍，大于等于0.01％小于12.0％的钴，0.3～4.5％的硅，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.0～12.1％。2、一种铜合金，其特征在于含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.3~4.5%的硅，0.005~0.3%的镁，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.012.1%。3、根据权利要求2所述的铜合金，其特征在于所述的镁的重量比为0.070.3%。4、一种铜合金，其特征在于含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.34.5%的硅，0.0050.3%的锆，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.012.1%。5、一种铜合金，其特征在于含有重量比为大于等于0.1%小于12.0%的镍，大于等于0.01%小于12.0%的钴，0.34.5%的硅，0.005~0.3%的镁，0.005~0.3%的锆，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.0~12.1%。6、根据权利要求1—5中的任一项的铜合金，其特征在于合金中锌的重量比小于0.01。/。，铬的重量比小于0.01%,锰的重量比小于0.01%,碳的重量比小于0.01%,磷的重量比小于0.05%。7、根据权利要求l一5中的任一项的铜合金，其特征在于合金中所述的镍与钴的总重量比与硅的重量比的比值为4:15.5:1。8、根据权利要求1或2或5的铜合金用于制造塑性材料成形加工用模具的应用。9、根据权利要求1或4或5的铜合金用于制造焊接机器用的电极材料的应用。全文摘要本发明涉及一种铜合金，含有重量比为大于等于0.1％小于12.0％的镍，大于等于0.01％小于12.0％的钴，0.3～4.5％的硅，余量为铜和杂质；其中，所述的合金中镍与钴的总重量比为2.0～12.1％；此种合金可用于制造塑性材料成形加工用模具和制造焊接机器用的电极材料的应用；本发明的铜合金模具材料与原来的注塑模具铜合金材料相比，大大提高了热传导率、缩短了成型压射周期、有着显著的切削性，焊接机器用铜合金材料与原来的铍铜系材料相比，具有相当高的强度，极其提高了导电率，相对也提高了零件的加工精度和生产的可行性。文档编号C22C9/00GK101173333SQ200710166728公开日2008年5月7日申请日期2007年11月1日优先权日2006年11月16日发明者松尾有恒申请人:松尾有恒