高强高弹高导铜合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高强高弹高导铜合金领域，具体涉及一种具有优异屈服强度、高导电 率和高弹性的铜合金，其板带产品主要应用于电子接插件、引线框架等。
【背景技术】
[0002] 电子接插件又称电子连接器，广泛应用于电子工业，其功能是将一个回路上的两 个导体联接起来，使电流或者信号可以从一个导体流向另一个导体。电子接插件广泛地应 用于各种电气线路中，起着联接或断开电流或者信号的作用。这种联接可能是暂时并方便 随时插拔的，也可能是电气设备或导线之间永久的联接结点，电子接插件可作为电路间、组 件间、系统间电气/电子传输连接部件，使功率、信号、电流能稳定可靠的流通，又方便产品 组装、维修、更换。比如：电源插头/插座、1C脚座、电话线插头等皆属于电子接插件。
[0003] 随着电子与信息技术的飞速发展，电子与通讯设备向小型化、高度集成化、轻质化 方向发展，电子与通讯设备的内部空间越来越小、集成化程度越来越高、散热要求越来越 高。因此，其所使用的电子接插件向小尺寸、轻质、多插脚、高导电U5〇%IACS)性能方向发 展。电子接插件的小型化、轻质化、多插脚化、高导电性能对电子接插件的基础材料即铜合 金带材的厚度与综合性能提出了越来越高的要求，在满足铜合金带材薄型化的同时，屈服 强度达到800MPa以上、导电率达到50%IACS以上、弹性性能达到130GPa以上，从而满足电子 与通讯设备、引线框架的小型化、轻质化且确保其运行稳定不失效。
[0004] 公知的电子接插件常用材料以Cu-Ni-Si系铜合金为主，常见牌号为C70250和 C70350。以C70250为例，成分：Ni:2.2-4.2wt%，Si:0.25-1.2wt%，Mg:0.05-0.3wt%，余量 为Cu。其带材时效态(ΤΜ00态）的屈服强度只有450MPa至620MPa，导电率只有40 % IACS。因屈 服强度和导电率偏低，无法满足当前电子接插件及引线框架的小型、轻薄、高性能的要求。
[0005] 另一种公知的美标牌号为C70350的电子接插件材料，成分为Ni : 1.0-2.5wt %，Si : 0 · 5-1 · 2wt %，Co: 1 · 0-2 · Owt %，余量为Cu。其带材TM02态（时效处理后再进行冷乳加工硬 化）的导电率为50%IACS以上，但其屈服强度为675MPa至780MPa。屈服强度和导电率与 C70250相比均有所提高，但仍然达不到目前电子接插件与引线框架的综合性能要求。
[0006] 另一类公知的用于电子接插件的铜合金为Cu-Be系列合金，以C17460为例，成分： Be: 0 · 15-0 · 5wt %，Ni : 1 · 0-1 · 4wt %，其余为Cu。其板带的屈服强度2 810MPa，弹性模量2 138GPa、导电率2 50%IACS，虽然其性能满足当前电子接插件的要求，但铍铜合金含有铍， 在生产制造过程中会对环境及人的生命健康产生极大的影响。
[0007] 另一种公知的引线框架常用材料为CuCrZr合金，其美标牌号为C18150,成分为 Cr0.5wt%-1.5wt%，Zr 0.02wt%-0.20wt%，余量为Cu<X18150合金时效态的性能为:抗拉 强度 550MPa-600MPa，屈服强度 500MPa-550MPa，导电率80 % IACS-90 % IACS。虽然CuCrZr 合 金的导电率可达80%IACS以上，但是其屈服强度低于600MPa，不能满足飞速发展的电子接 插件与引线框架对铜合金带材的性能要求。
[0008] 本发明的铜合金是在铜中添加0、2^附、0)、51、1%、1^等元素，并通过固溶、时效 处理，实现CrxZry、NixSiy、C 〇xSiy各相协同配合，以达到高的屈服强度(800MPa以上）、高的导 电率(50%IACS以上）、高的弹性性能（130GPa以上），从而满足当前电子接插器件与引线框 架的轻量化、小型化、薄型化对铜合金带材的综合性能的要求。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是，针对当前电子接插器件、连接器、引线框架对铜合 金的综合性能的要求，在铜中添加〇、21"、附、3;[、(：0、]\%、11等元素，并通过固溶、时效处理， 实现Cr xZry、NixSiy、C〇xSi y各相协同强化，提供一种高强高弹高导铜合金，实现高的屈服强 度、高导电率、高弹性等性能要求。
[0010] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：高强高弹高导铜合金，该合金的 化学组成包括:Cr :0·005wt%~2·Owt%，Zr :0 ·OOlwt%~0 · 5wt%，Ni :2 · 5wt%~5·Owt%， Co:0· lwt%~1 ·Owt%，Si :0·4wt%~1 ·6wt%，Mg:0·Olwt%~0· 2wt%，余量为Cu。
[0011] Cr、Zr通过固溶并淬火处理溶入铜基体中形成过饱和固溶体，然后通过双级时效 处理析出CrxZr y金属间化合物，析出的金属间化合物起弥散强化作用，从而提高本发明铜合 金的屈服强度、弹性模量，又由于Cr与Zr原子从铜基体中析出，铜基体中的Cr、Zr溶质原子 大幅降低，从而使铜基体的导电率得到提高。此外，没有形成金属间化合物的Cr通过时效析 出也可强化并提高合金强度。当Cr含量小于0.005wt %时，不能形成足够的CrxZry相，对提高 铜合金的屈服强度与弹性模量没有帮助;而Cr含量大于2. Owt %时，析出的粗大Cr颗粒将降 低铜合金的导电性能，且形成的分布不均匀的粗大的Cr相，会导致后续加工有产生裂纹的 倾向，不利于合金板带的成型。因此本发明铬的控制量为0.005~2. Owt %。
[0012] Zr除了与Cr形成CrxZry金属间化合物提高铜合金的强度外，Zr单质也可通过时效 析出提高合金的强度。Zr含量小于0.00 lwt %时，形成的CrxZry金属间化合物数量不够，无法 与NixSiy与Co xSiy金属间化合物起协同强化作用；当Zr含量超过0.5wt%时，时效析出的Zr 单质会降低铜合金板带的乳制加工成型性能。为了得到屈服强度、导电率与乳制加工成型 的最佳均衡，锆的含量控制在0.001~0.5wt %。
[0013] 本发明中Ni、Co与Si原子通过固溶并淬火处理溶入铜基体中形成过饱和固溶体， 然后通过双级时效处理析出NixSiy与Co xSiy金属间化合物，析出的金属间化合物起弥散强 化作用，从而提高本发明铜合金的屈服强度、弹性模量，又由于Ni、Co与Si原子从铜基体中 析出，铜基体中的Ni、Co与Si溶质原子大幅降低，从而使铜基体的导电率得到提高。当Ni、Co 与Si原子的含量较少时(Ni含量少于2.5wt %、Co含量少于0. lwt %、Si含量少于0.4wt % )， 铜合金中析出的NixSiy与C〇xSiy金属间化合物较少，弥散强化的效果不明显，铜合金的屈服 强度低于800MPa、弹性模量少于130GPa。而当Ni、Co与Si原子的含量较多时（Ni含量大于 5. Owt %、Co含量少于1. Owt %、Si含量少于1.6wt % )，析出的弥散强化相太多，第二相粒子 对电子波的散射作用增强，导致铜合金的导电率下降（低于SO^IACShNiXo与Si的成分在 Ni 2.5wt%~5.0wt%，Co O.lwt%~1.0wt%，Si 0.4wt%~1.6wt%范围内为最佳。
[0014] Mg的作用主要是在熔炼过程中脱氧，确保铜合金铸锭中不含Cr、Zr、Ni、Co、Si、Ti 的氧化物，使〇、2广附、(：〇、3丨、11可充分形成02巧、附^^(：〇^7与(：取1'込金属间化合物， 弥散强化相Cr xZry、NixSiy、C〇xSi y的协同弥散强化作用及CuxTiy的补充强化作用确保铜合金 的屈服强度与弹性模量分别高于800MPa与130GPa。当Mg含量低于O.Olwt%时，不能起充分 脱氧的作用，铜合金的屈服强度与弹性模量会降低；当Mg含量高于0.2wt%时，由于多余的 Mg固溶在铜基体中，会降低铜合金的导电性能。
[0015] 该高强高弹高导铜合金的化学组成还包括La:0.001wt%~0. lwt%，Ce: 0.0 Olwt% ~0. lwt%。
[0016] La和Ce元素主要起净化铜合金基体的作用。本发明的铜合金，属于一种含多种元 素的多元复杂铜合金，当〇、2^附、0)、51、1%元素在时效过程中没有完全析出时，余下的固 溶在铜基体中的原子会与La、Ce原子形成LaxNiy、CexNiy、C〇xLay、CexC〇y、MgxLay、MgxCe y等金 属间化合物或Cr单质析出