專利名稱：一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅基合金及其制備方法，尤其涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金及其制備方法，屬于 合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銅及銅合金由于具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，強(qiáng)度高、易于制備，在電子、電力、機(jī)械及航天航空領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是重要的電子金屬材料。引線框架銅合金材料是集成電路的主要組成部分之一，起連接傳送電信號(hào)、散熱等功用。目前已開發(fā)的引線框架銅基合金主要有Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等，這些合金材料雖能滿足一定的需求，但也存在整體性能不佳等缺點(diǎn)。Cu-Cr-Zr系合金是一類應(yīng)用較為廣泛的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能合金，主要特點(diǎn)是具有較高的電導(dǎo)率，但其強(qiáng)度普遍偏低。美國專利1993年5月11日(公開號(hào)US 005210441A)公開的一種集成電路引線框架用Cu-Cr-Zr系銅合金，其中Cr、Zr的含量分別為O. I I. 0%、O. 01 O. 5%，主要提出了鋯粒子脫溶及分布控制理論。中國專利2003年5月14日(公告號(hào)CN 1254554C)公開的一種在傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr合金基礎(chǔ)上添加微量合金元素La、Zn以及Fe (或Co)和Ti的銅合金，抗拉強(qiáng)度雖能達(dá)到608. 2 641. 4MPa，但其電導(dǎo)率僅為65 70%IACS，延伸率僅彡5%。中國專利2004年4月14日(公告號(hào)CN 1323179C)公開的一種Cu-Cr-Zr系合金，添加稀土元素Y、La或Sm，合金硬度、抗拉強(qiáng)度和軟化溫度高達(dá)170HBS、750MPa和7000C，但其延伸率和導(dǎo)電率僅為6%和75%IACS。中國專利2010年I月20日(公開號(hào)CN 101629254A)公開的添加Te的Cu-Cr-Zr合金，該合金導(dǎo)電率達(dá)92%IACS，而抗拉強(qiáng)度僅為500MPa。日本在我國于2010年12月29日申請(qǐng)的專利(公開號(hào)CN 101928864A)涉及一種在維持導(dǎo)電率和應(yīng)力緩和性同時(shí)保持強(qiáng)度和彎曲加工性優(yōu)異的銅合金，其中Cr、Zr、Sn的含量分別為O. I O. 4%、0· 02 O. 2%、0· 01 O. 3%，導(dǎo)電率達(dá)80%IACS以上，但其強(qiáng)度偏低，僅為550MPa。隨著電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)銅基電工材料的強(qiáng)度、電導(dǎo)率、焊接、蝕刻等性能的要求也越來越高,因此,迫切需要開發(fā)一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)引線框架材料銅合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，由下述重量百分比的組分組成O. 2 1.0% 的鉻，O. I O. 4% 的鋯，O. I O. 2% 的銀，O. 02 O. 03% 的磷，
O. 02 O. 16%的稀土元素，所述的稀土元素為鈰、銥、釹中的一種、兩種或三種，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。所述的稀土元素可以以兩種混合的形式加入，兩種稀土元素的重量比為I: (I 3)。按照重量比,所述的兩種稀土元素鋪銥為I: (I 3),或鋪釹為I: (I 3),或銥釹為I: (I 3)。所述的稀土元素也可以以三種混合的形式加入，三種稀土元素的重量比為1:1:(I 3)。按照重量比,所述的三種稀土元素鋪銥釹為1:1: (I 3)。一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金的制備方法，包括以下步驟(I)將銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1200 1300°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至800 950°C，保溫I 3小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量60 80%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在850 950°C保溫I 2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為20 80% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400 480°C，保溫2 10小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為20 80%。所述的時(shí)效處理和冷軋變形可以為第一次在時(shí)效溫度460 480°C下保溫2 4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40 60%，第二次在時(shí)效溫度450 480°C下保溫2 4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60 75%。所述的時(shí)效處理和冷軋變形也可以為第一次在時(shí)效溫度480°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度460°C下保溫2 4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40 60%，第三次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述稀土銅基合金材料，其主要特征在于在傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr合金的基礎(chǔ)上加入銀、磷以及微量的稀土元素。銀的加入主要是對(duì)銅基體導(dǎo)電率起到一定的改善作用，同時(shí)還有一定的固溶強(qiáng)化作用，以及提高銅的軟化溫度，由于銀的價(jià)格較高，所以銀的加入量為O. I O. 2%。微量磷的加入主要是能夠使合金時(shí)效處理后再進(jìn)行冷加工過程中抑制析出物的成長(zhǎng)而微細(xì)化組織，從而起到提高合金強(qiáng)度的作用，但是加入量過多也會(huì)影響合金的導(dǎo)電性，所以磷的加入量為O. 02 O. 03%。稀土元素的加入除能夠改變合金的工藝性，利于精煉、除氣和微合金化作用，此外，還可以提高合金的抗拉強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電率、軟化溫度、延伸率等。本發(fā)明所述合金通過熱鍛、固溶處理、冷軋變形、時(shí)效處理等工藝，制得的合金具有良好的綜合性能，其抗拉強(qiáng)度> 550MPa，硬度> 150HV，延伸率> 10%，導(dǎo)電率> 80%IACS，軟化溫度> 450°C，能較好的滿足引線框架等電子工業(yè)領(lǐng)域用材料對(duì)銅合金性能的要求。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。實(shí)施例I本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 3%的鉻，O. 2%的鋯，O. 15%的銀，O. 03%的磷,0. 02%的鋪,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1200°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至850°C，保溫I小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量70%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在850°C保溫I小時(shí)，然后進(jìn)行水淬； (4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為60% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度400°C下保溫4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%。合金性能見表I。實(shí)施例2本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 5%的鉻，O. 3%的鋯，O. 2%的銀，O. 03%的磷，O. 04%的銥，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1250°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至870°C，保溫2小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量70%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在900°C保溫I小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為80% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度480°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度460°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第三次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%。合金性能見表I。實(shí)施例3本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 5%的鉻，O. 3%的鋯，O. 2%的銀，O. 03%的磷,0. 06%的釹,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1250°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至880°C，保溫2小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量75%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在910°C保溫I. 5小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為80% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度480°C下保溫4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度460°C下保溫2小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為70%。
合金性能見表I。實(shí)施例4本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 2%的鉻，O. 2%的鋯，O. 1%的銀，O. 02%的磷，O. 04%的鈰，O. 04%的銥，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。(I)將銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在120(TC進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至800°C，保溫3小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量60%,得到棒還；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在850°C保溫I小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為20% ；·(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400°C，保溫2小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為80%。合金性能見表I。實(shí)施例5本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 3%的鉻，O. 1%的鋯，O. 15%的銀，O. 02%的磷，O. 04%的鈰，O. 06%的銥，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
4。合金性能見表I。實(shí)施例6本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 3%的鉻，O. 1%的鋯，O. 15%的銀，O. 02%的磷，O. 03%的鈰，O. 09%的銥，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
4。合金性能見表I。實(shí)施例7本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 5%的鉻，O. 3%的鋯，O. 2%的銀，O. 03%的磷,0. 04%的鋪,0. 04%的釹,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1300°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至880°C，保溫I小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量75%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在920°C保溫2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為75% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度460°C下保溫4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%，第二次在時(shí)效溫度480°C下保溫2小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為75%。合金性能見表I。實(shí)施例8本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 5%的鉻，O. 3%的鋯，O. 2%的銀，O. 03%的磷，O. 04%的鈰，O. 08%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
7。合金性能見表I。實(shí)施例9本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 5%的鉻，O. 3%的鋯，O. 2%的銀，O. 03%的磷，O. 04%的鈰，O. 12%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
7。合金性能見表I。實(shí)施例10本實(shí)例銅合金由下述重量百分比 的組分組成0. 3%的鉻，O. 2%的鋯，O. 15%的銀，O. 03%的磷,0. 04%的銥,0. 04%的釹,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在120(TC進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至850°C，保溫2小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量70%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在850°C保溫I小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為75% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%，第二次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%。合金性能見表I。實(shí)施例11本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 3%的鉻，O. 2%的鋯，O. 15%的銀，O. 03%的磷，O. 03%的銥，O. 06%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
10。合金性能見表I。實(shí)施例12本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 3%的鉻，O. 2%的鋯，O. 15%的銀，O. 03%的磷，O. 03%的銥，O. 09%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例
10。合金性能見表I。實(shí)施例13本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 8%的鉻，O. 4%的鋯，O. 2%的銀，O. 02%的磷，O. 04%的鈰，O. 04%的銥，O. 04%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。具體制備方法為(I)將電解銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1300°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成
鑄錠；(2)將步驟(I)的鑄錠加熱至950°C，保溫2小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量75%，得到棒坯；(3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在950°C保溫2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；(4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為50% ；(5)將步驟(4)冷軋變形后的合金第一次在時(shí)效溫度480°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度460°C下保溫4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%，第三次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為20%。合金性能見表I。實(shí)施例14本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成1. 0%的鉻，O. 4%的鋯，O. 2%的銀，
O.02%的磷，O. 04%的鈰，O. 04%的銥，O. 08%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例13。合金性能見表I。實(shí)施例15本實(shí)例銅合金由下述重量百分比的組分組成0. 8%的鉻，O. 4%的鋯，O. 2%的銀，O. 02%的磷，O. 03%的鈰，O. 03%的銥，O. 09%的釹，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。制備方法同實(shí)施例13。合金性能見表I。表I本發(fā)明主要合金成分及性能
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，其特征在于，由以下重量百分比的組分組成 O. 2 I. 0%的鉻， O. I O. 4%的鋯， O. I O. 2%的銀，O. 02 O. 03% 的磷， O. 02 O. 16%的稀土元素，所述的稀土元素為鈰、銥、釹中的一種、兩種或三種， 余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，其特征在于，所述的稀土元素以兩種混合的形式加入，兩種稀土元素的重量比為I: (I 3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，其特征在于，所述的兩種稀土元素鈰銥為I: (I 3),或鋪釹為I: (I 3),或銥釹為I: (I 3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，其特征在于，所述的稀土元素以三種混合的形式加入,三種稀土元素的重量比為1:1: (I 3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金，其特征在于，所述的三種稀土元素鈰銥釹為1:1: (I 3)。
6.一種如權(quán)利要求I或2或4所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將銅、鉻、鋯、銀、磷、稀土元素在1200 1300°C進(jìn)行熔煉，熔融后注入鑄模，形成鑄錠； (2)將步驟(I)的鑄錠加熱至800 950°C，保溫I 3小時(shí)，然后鍛造加工形成棒材，鍛造變形量60 80%，得到棒坯； (3)將步驟(2)的棒坯裝入熱處理爐中，在850 950°C保溫I 2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬； (4)將步驟(3)淬火后的合金進(jìn)行冷軋變形，變形量為20 80%； (5)將步驟(4)變形后的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400 480°C，保溫2 10小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為20 80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金的制備方法，其特征在于，所述的時(shí)效處理和冷軋變形為第一次在時(shí)效溫度460 480°C下保溫2 4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40 60%，第二次在時(shí)效溫度450 480°C下保溫2 4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60 75%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金的制備方法，其特征在于，所述的時(shí)效處理和冷軋變形為第一次在時(shí)效溫度480°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40%，第二次在時(shí)效溫度460°C下保溫2 4小時(shí)，進(jìn)行冷軋變形，變形量為40 60%，第三次在時(shí)效溫度450°C下保溫4小時(shí)，再進(jìn)行冷軋變形，變形量為60%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅合金及其制備方法，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，在傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr合金的基礎(chǔ)上加入銀、磷以及微量的稀土元素。該銅合金由以下重量百分比的組分組成0.2～1.0%的鉻，0.1～0.4%的鋯，0.1～0.2%的銀，0.02～0.03%的磷，0.02～0.16%的稀土元素，所述的稀土元素為鈰、銥、釹中的一種、兩種或三種，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)元素；上述原料通過熱鍛、固溶處理、冷軋變形、時(shí)效處理等工藝，制得的銅合金具有良好的綜合性能，其抗拉強(qiáng)度＞550MPa，硬度＞150HV，延伸率＞10%，導(dǎo)電率＞80%IACS，軟化溫度＞450℃，能較好的滿足電子工業(yè)領(lǐng)域用材料對(duì)銅合金性能的要求，可用于大規(guī)模集成電路用引線框架材料、電車及電力機(jī)車接觸線、電極合金連接器等。
文檔編號(hào)C22C9/00GK102912178SQ201210374528
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張毅, 田保紅, 劉勇, 李德軍, 李瑞卿, 許倩倩, 劉平, 張軾 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)