一种CuFe5合金箔材及其加工方法与流程

一种cufe5合金箔材及其加工方法
技术领域
1.本发明属于压延铜箔加工技术领域，具体涉及一种cufe5合金箔材及其加工方法。


背景技术：

2.铜和铁这两种古老的金属与人类的发展息息相关，两种金属的开发和应用推动了人类社会文明和生产力的进步。铜铁合金是一种高强中导的新型合金材料，兼备铜的高导电率、导热率和铁的高强度，因而引起了世界上的很多关注和研究，铜和铁在铁含量为2.5%以下的固溶化而生成合金，铁含量2.5%以上的，铜和铁不固溶，因铜基体中有铁相粒子存在，所以在加工上难度较大，且越薄生产难度越大。
3.压延铜箔是利用塑性加工原理通过铜锭反复轧制-退火而成，铜铁合金箔的特点是高强度、高导热、高电磁屏蔽效能，可应用于汽车、机器人、医疗设备、电子设备、通讯设备和航空宇宙等领域。铜铁合金箔材生产工艺复杂，生产装备水平要求很高，特别是高强超薄的铜合金箔的制备技术，每研发一种压延铜箔，从选料、工艺参数的确定都必须经过科研人员付出大量的创造性劳动，这也是这种技术很难取得进展或产品质量很难超越日本、德国等国家的原因。
4.随着电子信息技术的高速发展，电子行业对基板的强度、散热、电磁屏蔽等性能要求越来越高，铜箔作为基础材料，对铜箔的性能也提出了更高的要求。传统铜箔强度较低，另外随着5g的广泛应用，电子产品的发热量增加，作为一种兼具良好导热性和电磁屏蔽性能的新一代铜合金材料，产品未来市场前景广阔。
5.本发明通过控制总加工率、高精箔材热处理技术，控制铁相粒子的长（l）/宽（w)比值，实现了cufe5合金箔材产业化制备，为合金在各个领域的应用打下了坚实基础。


技术实现要素：

6.针对现有技术铁含量高时由于铜和铁不固溶存在的加工难度大，不易压延成铜箔的问题，本发明提供了一种cufe5合金箔材及其加工方法和应用，通过控制总加工率、高精箔材热处理技术，控制铁相粒子的(l/w)比值，实现了cufe5合金箔材产业化制备。
7.本发明通过以下技术方案实现：一种cufe5合金箔材，包括以下质量百分含量的成分，fe:3.5~6.5%，杂质含量低于＜0.3%，余量为铜；所述的cufe5合金箔材的厚度为8~80μm。
8.进一步地，所述的cufe5合金箔材包括以下质量百分含量的成分，fe:4.5~5.5%，杂质含量低于＜0.3%，余量为铜；当fe含量＜4.5%时，部分铁易固溶于铜基体中，铁含量精确控制难度大，合金的强度偏低；当铁含量＞5.5%时，易发生偏析，因此fe含量的最佳控制范围为4.5%-5.5%。
9.本发明中，所述的cufe5合金箔材的加工方法，具体为选取厚度为0.1~0.3mm 的cufe5合金母材进行冷轧，冷轧总加工率为30~90%，道次加工率为5~50%，轧制道次为3~16个道次，轧制过程中控制＞70%的铁相粒子的l/w的比值＞2。
10.进一步地，所述的cufe5合金箔材的加工方法还包括冷轧后的热处理和成品轧制，热处理温度为260~680℃，控制再结晶晶粒尺寸为8~40μm；成品轧制总加工率为20~90%，道次加工率为5~50%，控制＞90%的铁相粒子的l/w的比值＞2。
11.进一步地，所述的冷轧和热处理交替进行。
12.进一步地，述的冷轧和热处理交替次数为1~4次。
13.进一步地，步骤（1）中cufe5合金母材的晶粒度为8~40μm，硬度为80~160hv，抗拉强度为230~500mpa，延伸率为5~40%，导电率为20~70%。
14.进一步地，所述的冷轧和成品轧制过程中控制＞30%的铁相粒子的l/w的比值＞3。
15.本发明中，通过上述方法制备得到的高强高导铜铁合金箔，可根据对不同箔材性能（抗拉强度、延伸率和导电率等）的需求，选择冷轧的次数、是否进行热处理和/或成品轧制，以及热处理的次数。
16.本发明通过控制道次加工率、加工道次以及总加工率、高精箔材热处理技术，控制铁相粒子的(l/w)比值，实现了cufe5合金箔材产业化制备。总加工率影响铜合金箔的力学性能、导电性能，因此控制总加工率是控制性能的关键，通过箔材热处理技术控制铜箔的组织演变，提高铜箔的加工性能，铁相粒子的存在是铜铁合金加工中的重点和难点，铁相粒子的l/w比值直接影响箔材的加工性能、成品的屏蔽性能和力学性能，因此控制＞90%铁相粒子l/w比值＞2是加工和性能控制的关键技术。
17.有益效果（1）本发明突破了cufe5合金箔产业化制备技术，实现了cufe5合金箔材的产业化生产，为合金在oled、5g通信领域的应用打下坚实基础；（2）该方法制备的cufe5合金箔材产品具有高强度、高导电性、高导热性和高导磁性，性能组织一致，质量稳定。
具体实施方式
18.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。实施例1（1）选材：取厚度为0.3mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将步骤（1）中cufe5合金母材进行冷轧，冷轧的总加工率为73.3%，道次加工率为20~36.7%，轧制道次为4个道次，依次为0.3
→
0.19（36.7%）
→
0.135（28.9%）
→
0.1（25.9%）
→
0.08（20%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制60%的铁相粒子的l/w的比值2-4.5，控制32%的铁相粒子的l/w的比值4.5~8，加工得到的cufe5合金箔材厚度为80μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示；实施例2（1）选材：取厚度为0.25mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧处理，冷轧的总加工率为66%，道次加工率为
25~36%，轧制道次为3个道次，依次为0.25
→
0.16（36%）
→
0.114（28.8%）
→
0.085（25.5%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制64%的铁相粒子的l/w的比值2~4.6，控制24%的铁相粒子的l/w的比值4.6~9；（3）热处理：步骤（2）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为500℃、保温时间为4h，控制再结晶晶粒尺寸为11μm；（4）成品轧制：步骤（3）中热处理后的箔材进行成品轧制，总加工率为41.2%，道次加工率为20~25%，轧制道次为2个道次，依次为0.085
→
0.63（20.6%）
→
0.05（20.6%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制55%的铁相粒子的l/w的比值2~4.6，控制37%的铁相粒子的l/w的比值4.6~9，加工得到的cufe5合金箔材厚度为50μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示。
19.实施例3（1）选材：取厚度为0.2mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧处理，冷轧的总加工率为76%，道次加工率为20~40%，轧制道次为4个道次，依次为0.2
→
0.12（40%）
→
0.084（30%）
→
0.062（26.2%）
→
0.048（22.6%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制63%的铁相粒子的l/w的比值2~5，控制26%的铁相粒子的l/w的比值5~10；（3）热处理：步骤（2）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为650℃、保温时间为3h，控制再结晶晶粒尺寸为38μm；（4）成品轧制：步骤（3）中热处理后的箔材进行成品轧制，总加工率为58.3%，道次加工率为20~30%，轧制道次为3个道次，依次为0.048
→
0.034（29.2%）
→
0.025（26.5%）
→
0.02（20%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制60%的铁相粒子的l/w的比值2~5，控制33%的铁相粒子的l/w的比值5~10，加工得到的cufe5合金箔材厚度为20μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示。
20.实施例4（1）选材：取厚度为0.15mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧处理，冷轧的总加工率为73.3%，道次 加工率为24~34%，轧制道次为4个道次，依次为0.15
→
0.1（33.3%）
→
0.072（28%）
→
0.053（26.4%）
→
0.04（24.5%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制68%的铁相粒子的l/w的比值2~6，控制18%的铁相粒子的l/w的比值6~10；（3）热处理：步骤（2）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为550℃、保温时间为6h，控制再结晶晶粒尺寸为31μm；（4）成品轧制：步骤（3）中热处理后的箔材进行成品轧制，总加工率为60%，道次加工率为23~30%，轧制道次为3个道次，依次为0.04
→
0.028（30%）
→
0.021（25%）
→
0.016（23.8%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制64%的铁相粒子的l/w的比值2~6，控制29%的铁相粒子的l/w的比值6~10，加工得到的cufe5合金箔材厚度为16μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示。
21.实施例5
（1）选材：取厚度为0.1mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧处理，冷轧的总加工率为70%，道次加工率为23~30%，轧制道次为4个道次，依次为0.1
→
0.07（30%）
→
0.052（25.7%）
→
0.039（25%）
→
0.03（23.1%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制70%的铁相粒子的l/w的比值2~7，控制19%的铁相粒子的l/w的比值7~14；（3）热处理：步骤（2）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为480℃、保温时间为4h，控制再结晶晶粒尺寸为22μm；（4）成品轧制：步骤（3）中热处理后的箔材进行成品轧制，总加工率为60%，道次加工率为14~27%，轧制道次为4个道次，依次为0.03
→
0.022（26.7%）
→
0.017（22.7%）
→
0.014（17.6%）
→
0.012（14.3%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制66%的铁相粒子的l/w的比值2~7，控制27%的铁相粒子的l/w的比值7~14，加工得到的cufe5合金箔材厚度为12μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示。
22.实施例6（1）选材：取厚度为0.1mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧处理，冷轧的总加工率为50%，道次加工率为19~22%，轧制道次为3个道次，依次为0.1
→
0.078（22%）
→
0.062（20.5%）
→
0.05（19.4%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制40%的铁相粒子的l/w的比值2~4，控制10%的铁相粒子的l/w的比值4~10；（3）热处理：步骤（2）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为600℃、保温时间为2h，控制再结晶晶粒尺寸为28μm；（4）冷轧：步骤（3）中热处理后的箔材进行中间轧制，总加工率为60%，道次加工率为23~30%，轧制道次为3个道次，依次为0.05
→
0.035（30%）
→
0.026（25.7%）
→
0.02（23.1%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制62%的铁相粒子的l/w的比值2~6，控制18%的铁相粒子的l/w的比值6~12，加工厚度为20μm；（5）热处理：步骤（4）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为380℃、保温时间为6h，控制再结晶晶粒尺寸为15μm；（6）冷轧：步骤（5）中热处理后的箔材继续进行中间轧制，总加工率为40%，道次加工率为14~18.0%，轧制道次为3个道次，依次为0.02
→
0.0165（17.5%）
→
0.014（15.2%）
→
0.012（14.3%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制65%的铁相粒子的l/w的比值2~6，控制24%的铁相粒子的l/w的比值6~12，加工厚度为12μm；（7）热处理：步骤（6）冷轧后的cufe5合金箔材进行退火，退火温度为260℃、保温时间为6h，控制再结晶晶粒尺寸为8μm；（8）成品轧制：步骤（7）中热处理后的箔材进行成品轧制，总加工率为33.3%，道次加工率为7~12.0%，轧制道次为4个道次，依次为0.012
→
0.0106（11.7%）
→
0.0095（10.4%）
→
0.0086（9.5%）
→
0.008（7%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制70%的铁相粒子的l/w的比值2~6，控制25%的铁相粒子的l/w的比值6~12，加工得到的cufe5合金箔材厚度为8μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示。
23.实施例7（1）选材：取厚度为0.1mm 的cufe5合金母材，cufe5合金母材的成分及合金性能如表1所示；（2）冷轧：将cufe5合金母材进行冷轧，冷轧的总加工率为84%，道次加工率为13~28%，轧制道次为7个道次，依次为0.1
→
0.072（28%）
→
0.052（27.8%）
→
0.038（26.9%）
→
0.0286（24.7%）
→
0.0225（21.3%）
→
0.0185（17.8%）
→
0.016（13.5%），括号内表示道次加工率，轧制过程中控制75%的铁相粒子的l/w的比值2~8，控制22%的铁相粒子的l/w的比值8~14，加工得到的cufe5合金箔材厚度为16μm，得到的cufe5合金检测性能如下表2所示；对比例1上述实施例中cufe5合金母材，组成及性能如下表1所示：表1 本发明cufe5合金母材的组成及性能对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7制备的cufe5合金箔材成品的抗拉强度、延伸率、导电率性能进行测试，结果如下表2所示：表2 cufe5合金箔材成品性能测试。