專利名稱：銅基沉淀硬化合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及至少一種銅基可沉淀硬化的合金，其高強度機械性能和抗退火性能都得到了提高。
背景技術：
日本專利公開JP06-212374公開了一種制備銅基可沉淀硬化的合金的方法，該合金可以用作小型電氣和電子元器件的材料。該合金包含以重量百分比計，Ni 2-4％，Si 0.5-1.0％，Zn 0.1-1.0％，Al 0.001-0.15％，Mn 0.01-0.1％，Cr 0.001-0.1％。由于含有多種的合金化元素，該合金的生產成本相對含有較少合金化元素的合金的成本要高。
在英國專利GB609900中公開的銅基可沉淀硬化的合金含有以重量百分比計Cr 0.25-1.5％，脫氧劑Zn、B、Na、Li和P的含量不超過0.2％以及強化元素Ni、Fe或Co的含量為0.1-5.0％。專利GB609900中的合金的導電率為69-74％IASC(國際退火銅標準)。
銅的導電率和強度取決于銅的純度。此外對于需要高強度機械性能和抗退火性能的應用場合來說高純度的銅太軟。銅直接合金化具有相當多的缺陷，因為直接合金化會導致銅的導電性能的變差。一種有益的生產具有好的電學性能的高強度銅合金方法是選擇能在銅中形成沉淀的合金化元素?？沙恋碛不你~合金的優(yōu)越性在于所需的合金化元素含量低并且一旦時效可以使銅合金的導電率大于85％IASC。但是，在目前對銅基可沉淀硬化的合金的性能要求越來越高，特別是在如銅基合金有待應用的電氣、電子和焊接工業(yè)領域中涉及的新的解決方案中的導電率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是克服現有技術中的一些缺陷，并且獲得性能更為優(yōu)越的可沉淀硬化的銅合金，其性能改進包括相比現有技術使至少在減小抗粘附性和提高導電性能這兩個方面得到加強。在附后的權利要求書中記載了本發(fā)明的基本技術特征。
依照本發(fā)明的銅-鉻(CuCr)、銅-鉻-鋯(CuCrZr)、銅-鋯(CuZr)或銅-鈦(CuTi)可沉淀硬化合金中合金化元素P(磷)的含量為百萬分之100-500(ppm)。P元素的添加對含有Cr、Zr或Ti的Cu合金的硬度和電學性能具有很大的影響。
按照本發(fā)明，CuCr、CuCrZr、CuZr或CuTi可沉淀硬化合金含有Cr0.1-1.5wt％和/或Zr 0.01-0.25wt％或Ti 0.05-3.4wt％，余量為Cu和常見的雜質。在含有Cr和/或Zr的合金中Cu含量至少為98.5wt％，而含有Ti的合金中Cu含量至少為96.5wt％。
在Cu合金中的合金化元素磷可以形成磷化物并且發(fā)現這些磷化物的形成對可沉淀硬化銅合金的導電性以及機械強度有影響。當P作為合金化元素加入到本發(fā)明的這些銅-鉻(CuCr)、銅-鉻-鋯(CuCrZr)、銅-鋯(CuZr)或銅-鈦(CuTi)可沉淀硬化合金中時，在熱處理過程中或甚至在鑄造過程均可形成磷化物。本發(fā)明還揭示了P的添加量最高達到百萬分之550(ppm)時對合金的電學和機械性能有好的作用。磷化物的形成引起在晶格結構范圍內的粗化，從而提高位錯能、降低本發(fā)明中的合金化元素Cr、Zr和Ti的溶解度。
本發(fā)明中的銅基可沉淀硬化合金由于導電性和機械性能的得到了提高，因而可有利地在電子、電氣和焊接工業(yè)領域中很多解決方案中使用。


根據附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明，其中圖1是在600℃時接近銅端點(100％Cu)時的銅-鉻-磷(CuCrP)的加和三元相圖；圖2是銅鉻鋯磷(CuCrZrP)合金在經過175℃下100個小時試驗后的殘余應力百分比值(％)。
具體實施例方式
在含有Cr、Zr和Ti的Cu基可沉淀硬化合金中添加高達500ppm的磷時對合金的導電性產生直接影響。P的添加可以減少面心立方Cu的最終晶體結構中合金化元素Cr、Zr或Ti的溶解度。例如Cr形成熱穩(wěn)定的磷化物，例如Cr3P和CrP4，但不與銅形成復合磷化物。一個原因就是Cr最終的晶體結構是體心立方(bcc)，而不是Cu的面心立方(fcc)。
在P存在下，Cr在Cu中的溶解度如圖1所示，其參考自Villars P.，PrinceA.，Okamoto H.，三元合金相圖手冊(Thernary Alloy Phase Diagrams)，Vol7&8，AsM International，Metals Park(OH)，1998。圖1表示在600℃時在接近銅端點時的加和Cu-Cr-P三元合金，“加和”表示忽略了三元交互作用，這種忽略在面心立方固溶體中不會帶來很大的差異，因為溶解度非常小，尤其是Cr在Cu中。由于Cr在固體Cu中的溶解度低于0.01wt％，因此對P的溶解度的影響很小。另一方面，由于磷化物Cr2P的限制，P在CuCr合金中的溶解度只是P在CuP二元合金中溶解度的一部分。
此外，已評估了較高溫度下的另外等溫線，表明了從三元體系的鉻磷(chromium phosphorus)邊延伸的磷化鉻(Cr2P)對在Cr含量為約0.1重量％的典型CuCr合金組成中的P的溶解度有限制作用。在600℃時，P在面心立方Cu和體心立方Cr二元合金中的最大溶解度約為100ppm。超過這個濃度時，磷化物CrP就從面心立方Cu和體心立方Cr的二相體系中沉淀出來。從圖1也可得知添加的P的濃度高時會系統性地降低Cr在fcc-Cu合金中的溶解度。
Zr形成三元化合物，并且化學計量的Cu2ZrP的磷化銅鋯是穩(wěn)定的。并且，二元化合物磷化鋯(Zr5P4)在鑄造或時效時從過飽和的鋯-磷-銅合金中沉淀出來。這種二元化合物對導電性沒有影響，但是可有效的降低Zr在Cu中的溶解度。
Ti形成磷化物，如Ti3P和TiP。Ti也可與銅和磷形成穩(wěn)定的三元化合物(Cu2TiP)。當存在Ti作為合金化元素在可沉淀硬化銅基合金中時，所述二元和三元化合物的形成有助于提高Cu的導電性和抗拉強度。
P對CuCr、CuZr或CuTi體系的影響是可以提高其屈服強度、抗拉強度和硬度，但是對延性沒有影響。磷化物形成的另一個好處就是它可以影響再結晶溫度。磷化物的影響是能使應變硬化或冷加工材料可以處于在800-1200℃下，而在這種溫度下大部分其它高導電性的合金將喪失大部分通過應變硬化得到的性能。
為了確定磷化物在高溫時對應變硬化材料的影響，對合金(CuCrZrP)進行了應力松弛測試，該合金含有Cu，0.75wt％的Cr，0.06wt％的Zr以及含量變化的P。在175℃下測試100小時后的殘余應力的百分數如圖2所示。圖2表明P含量較高時CuCrZrP合金的殘余應力幾乎為100％。但是，需更指出的是合金的加工對獲得優(yōu)異的性能是至關重要的。從圖2可以發(fā)現，P含量超過550ppm時對通過P進行合金化的含有Cr、Zr或Ti的Cu基可沉淀硬化合金的導電性能和機械性能有負面影響。
權利要求
1.一種Cu基可沉淀硬化合金，該合金含有Cr、Zr或Ti元素中的至少一種，其特征在于該Cu基可沉淀硬化合金通過P進行合金化。
2.如權利要求1所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該合金含有100-500ppm的磷。
3.如權利要求1或2所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該Cu基可沉淀硬化合金為含有至少98.5wt％的Cu的CuCr合金。
4.如權利要求3所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該合金含有0.1-1.5wt％的Cr。
5.如權利要求1或2所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該Cu基可沉淀硬化合金為含有至少98.5wt％的Cu的CuZr合金。
6.如權利要求5所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該合金含有0.01-0.25wt％的Zr。
7.如權利要求1或2所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該Cu基可沉淀硬化合金為含有至少98.5wt％的Cu的CuCrZr合金。
8.如權利要求7所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該合金含有Cr0.1-1.5wt％和Zr 0.01-0.25wt％。
9.如權利要求1或2所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該Cu基可沉淀硬化合金為含有至少96.5wt％的Cu的CuTi合金。
10如權利要求9所述的Cu基可沉淀硬化合金，其特征在于該合金含有Ti0.05-3.4wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅基可沉淀硬化合金，該合金至少含有Cr、Zr或Ti元素的一種，該銅基可沉淀硬化合金是通過磷元素進行合金化。
文檔編號C22C9/00GK1804071SQ20051012157
公開日2006年7月19日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權日2004年10月22日
發(fā)明者R·尼泊特, B·斯萬克, M·吉塔 申請人:奧托庫姆普銅產品公司