一种高强高导铜锆合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铜合金材料技术领域，具体地说是一种高强高导铜锆合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]Cu-Zr系合金是一类应用较为广泛的高强度高导电性能合金，目前广泛应用于大规模集成电路用引线框架、电车及电力机车接触线，电接触合金等领域。引线框架铜合金作为大规模集成电路的主要材料，对其性能的要求也越来越高，但目前传统合金或者抗拉强度不高，或者导电率和延伸率低，或者强度硬度低都存在很多问题，因此，迫切需要开发一种新型高强高导引线框架材料铜合金。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种高强高导铜锆合金及其制备方法，解决传统铜锆合金抗拉强度不高、导电率和延伸率低、强度硬度低等问题，以满足引线框铜合金的要求。
[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种高强高导铜锆合金，所述的铜锆合金由锆、镍、硅和铜组成，各组分占铜锆合金总量的重量百分比为锆0.H0.5%，镍0.1%~0.5%，硅0.1-0.15%，银0.2%~0.4%，余量为铜和不可避免的杂质元素。
[0005]—种高强高导铜锆合金的制备方法，包括以下步骤:
步骤一、制备中间合金:将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5 X 10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050~1100°C，熔炼0.5~lh，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用；将铜、硅放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5 X 10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1010~1040°C，熔炼0.5~lh，自然冷却后得到Cu-Si中间合金，备用；
步骤二、熔炼、铸模:将铜、镍、银以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金和Cu-Si中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5 X 10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200~1300°C，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在 1150-1200 0C ；
步骤三、热挤压:将步骤二得到的铸锭加热至850~950°C，保温1~3小时，然后热挤压成棒材，挤压比5~10: I，得到棒还；
步骤四、固溶处理:将步骤三得到的棒坯装入热处理炉中，在850~900摄氏度保温1~2小时，然后进行水淬，得到合金备用；
步骤五、冷乳变形:将步骤四处理后的合金进行冷乳变形，变形量为40~80% ;
步骤六、时效处理和冷乳变形:将步骤五冷乳变形后的合金进行时效处理，时效温度为450-5500C，保温2~10小时，之后进行冷乳变形，变形量为20~80%，即制得高强高导铜锆合金。
[0006]本发明所述步骤六中时效处理和冷乳变形的方法为:先在时效温度450~500°C下保温2~4小时，进行第一次冷乳变形，变形量为40~80% ;然后在时效温度450~550°C下保温2-4小时，再进行第二次冷乳变形，变形量为60~80%。
[0007]本发明所述步骤六中时效处理和冷乳变形的方法为:先在时效温度450~500°C下保温2小时，进行第一次冷乳变形，变形量为40%~60% ;之后在时效温度460~500°C下保温2?4小时，进行第二次冷乳变形，变形量为40?60% ;然后在时效温度450~500°C下保温2-4小时，再进行第三次冷乳变形，变形量为60%~80%。
[0008]本发明的有益效果是:(I)本发明在Cu-Zr合金的基础上加入镍、银和硅，Cu与Zr能形成Cu5Zr非氧化物增强相；Ni与Si能形成Ni2Si非氧化物增强相，从而提高了合金的强度；由于N1、Si加入量过多也会影响合金的导电性，所以N1、Si的加入量为0.1?0.5%和0.1?0.15% ;银的加入能够大幅提高合金的导电率，也能同时提高合金的延伸率。
[0009](2)本发明的合金内部生成有Ni2Si和Cu5Zr非氧化物增强相。析出相的多少及其形状、分布对该铜合金的最终性能有较大影响，由于析出相最易在晶界处形核，在制备步骤中，多次时效处理以及多次冷乳变形的操作方法，可以提高析出相的形核位置，析出相析出越多，越能提高合金的强度与导电率。
[0010](3)本发明通过限定合金的成分及其比例，使各成分综合作用，显著提高了合金材料的综合性能，能较好的满足引线框架等电子工业领域用材料对铜合金性能的要求。
[0011]因此，本发明具有制备过程简单、工艺流程短、高强度、高导电性、高弹性、热加工性能优良等特点，其抗拉强度可达688MPa。
【附图说明】
[0012]图1为本发明各实施例合金的性能表。
【具体实施方式】
[0013]—种高强高导铜锆合金，所述的铜锆合金由锆、镍、硅和铜组成，各组分占铜锆合金总量的重量百分比为锆0.1%~0.5%，镍0.1%~0.5%，硅0.1-0.15%，银0.2%~0.4%，余量为铜和不可避免的杂质元素。
[0014]—种高强高导铜锆合金的制备方法，包括以下步骤:
步骤一、制备中间合金:将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5X10 2Pa,然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050~1100°C，熔炼0.5~lh，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用；将铜、硅放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5X 10 2Pa,然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1010~1040°C，熔炼0.5~lh，自然冷却后得到Cu-Si中间合金，备用；
步骤二、熔炼、铸模:将铜、镍、银以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金和Cu-Si中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5X10 2Pa,然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200~1300°C，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在 1150-1200 0C ；
步骤三、热挤压:将步骤二得到的铸锭加热至850~950°C，保温1~3小时，然后热挤压成棒材，挤压比5~10:1，得到棒还； 步骤四、固溶处理:将步骤三得到的棒坯装入热处理炉中，在850~900摄氏度保温1~2小时，然后进行水淬，得到合金备用；
步骤五、冷乳变形:将步骤四处理后的合金进行冷乳变形，变形量为40~80% ;
步骤六、时效处理和冷乳变形:将步骤五冷乳变形后的合金进行时效处理，时效温度为450-5500C，保温2~10小时，之后进行冷乳变形，变形量为20~80%，即制得高强高导铜锆合金。
[0015]进一步，步骤六中时效处理和冷乳变形的方法为:先在时效温度450~500°C下保温2~4小时，进行第一次冷乳变形，变形量为40~80% ;然后在时效温度450~550°C下保温2-4小时，再进行第二次冷乳变形，变形量为60~80%。
[0016]进一步，步骤六中时效处理和冷乳变形的方法为:先在时效温度450~500°C下保温2小时，进行第一次冷乳变形，变形量为40%~60% ;之后在时效温度460~500°C下保温2?4小时，进行第二次冷乳变形，变形量为40?60% ;然后在时效温度450~500°C下保温2~4小时，再进行第三次冷乳变形，变形量为60%~80%。
[0017]进一步，步骤一中制备的Cu-Zr中间合金中元素含量为12%~18%的Zr，其余为Cu ；Cu-Si中间合金中元素含量为10%~15%的Si，其余为Cu。
[0018]进一步，步骤四中所述水淬的冷却速率控制在175~190°C /s.实施例1
一种高强高导铜锆合金，由以下重量百分比的组分组成，0.1%的锆，0.1%的镍，0.1%的硅，