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一種引線框架用銅合金材料及其制備方法與流程

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一種引線框架用銅合金材料及其制備方法與流程
本發(fā)明屬于金屬加工
技術(shù)領(lǐng)域
,具體涉及一種引線框架用銅合金材料及其加工方法。
背景技術(shù)
:引線框架材料主要應(yīng)用于集成電路和半導(dǎo)體器件,起傳遞電信號(hào)和向外散發(fā)元件熱量的作用。銅合金以其優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),已占框架材料用量的80%以上,其中以Cu-Fe-P系合金為最具代表性。目前在生產(chǎn)方面采用有兩種方法:第一種為:“熱軋生產(chǎn)法”,即:半連鑄鑄錠→加熱→熱軋→在線固溶(或打卷后淬火)→銑面→粗軋→退火→精軋→退火→成品軋制→成品包裝。第二種為:上引鑄造法,即上引鑄造→連續(xù)擠壓→粗軋→退火→中軋→退火→成品軋制→成品退火→成品其它工序。第一種生產(chǎn)方法周期長(zhǎng)、設(shè)備投資大、成品率偏低;第二種方法在生產(chǎn)過(guò)程中缺少固溶處理過(guò)程,退火溫度控制過(guò)高(600℃以上)不能利用合金的時(shí)效強(qiáng)化效果,使合金的綜合性能偏低,客戶生產(chǎn)使用中,常會(huì)出現(xiàn)焊接后材料的原始硬度降幅太大,難以滿足后續(xù)加工使用要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明是針對(duì)上述問(wèn)題而提供一種綜合性能和使用性能都較好的引線框架銅合金材料以及其合適的制備方法。本發(fā)明提供的一種引線框架銅合金材料,其重量百分比成分為:Fe:0.08—0.14%;P:0.02—0.04%;Zn:0.02—0.06%;Sn:0.01—0.03%;Ni:0.01—0.03%,余量為銅。添加Zn元素,其添加量控制在0.02-0.06%,添加微量的鋅元素可小幅降低合金導(dǎo)電率,但能增強(qiáng)合金基體的硬度,能在釬焊時(shí)可產(chǎn)生浸潤(rùn)作用,大大減少合金釬焊時(shí)的氧化,提高產(chǎn)品釬焊質(zhì)量。添加Sn和Ni,微量的Sn和Ni,可增加合金基體的硬度,其中錫的添加還可提高合金的軟化溫度,鎳的添加可進(jìn)一步提高合金的抗氧化性,并使合金在釬焊加工后可獲得90%左右的原始硬度,增強(qiáng)合金的抗軟化性。鐵和磷為該合金的主要添加元素,在合金時(shí)效過(guò)程中鐵和磷,以Fe2P第二相的形式從合金基體中析出,提高合金的導(dǎo)電率,使合金的硬度和抗拉強(qiáng)度升高。本發(fā)明還提供了一種引線框架銅合金材料的新型制備方法,該方法包括:配料、熔煉、水平連鑄、擠壓、粗軋、一次時(shí)效退火、精軋、二次時(shí)效退火、成品軋制、成形加工、產(chǎn)品;其中,所述熔煉溫度為1160~1200℃;所述水平連鑄為節(jié)距2~15mm,速度10~30mm/s,然后停0.2~3S,再進(jìn)行反推1~4mm,反推速度為8~0mm/s;所述擠壓為連續(xù)擠壓,連續(xù)擠壓轉(zhuǎn)速為3-15轉(zhuǎn)/分鐘;所述粗軋速度為1-5m/s;所述一次時(shí)效退火溫度為450~600℃保溫6~10小時(shí),分二級(jí)進(jìn)行;所述精軋的加工率在30%~70%;所述第二次時(shí)效退火溫度為450~550℃保溫4~10小時(shí);所述成品軋制的加工率為10%~60%,軋制后進(jìn)行成形加工,檢驗(yàn)合格包裝入庫(kù)。水平連鑄的最后出口溫度在650~850℃之間,進(jìn)行二次噴水冷卻,以達(dá)到鑄錠固溶效果,減少后道加熱和固溶的環(huán)節(jié),縮短工藝流程,節(jié)省能耗,降低生產(chǎn)成本。通過(guò)兩次時(shí)效退火,其中第一次為主時(shí)效退火450~600℃保溫6~10小時(shí)分二級(jí)進(jìn)行;第二次時(shí)效的時(shí)效溫度為420~520℃,保溫4~10小時(shí),第一次分級(jí)時(shí)效退火不僅使合金的后道冷加工得以順利進(jìn)行,更能使合金獲得細(xì)小的Fe2P第二相質(zhì)點(diǎn),進(jìn)而獲得較高的導(dǎo)電率。第二次退火時(shí)效在保持第一次時(shí)效所獲得的較高導(dǎo)電率同時(shí),獲得形變強(qiáng)化與時(shí)效強(qiáng)化的疊加效果,可獲得更高的綜合性能。附圖說(shuō)明圖1為采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)帶材的第二相分布。圖2為采用本發(fā)明生產(chǎn)帶材的第二相分布。具體實(shí)施方式以下為該發(fā)明實(shí)施的具體說(shuō)明:本發(fā)明引線框架用銅合金材料的實(shí)施例1:其重量百分比成分為Fe:0.12%,P:0.03%,Zn:0.05%;Sn:0.025%;Ni:0.012%,余量為銅。具體可表述如下:以重量百分比計(jì),按照上述化學(xué)含量成分進(jìn)行配料,將電解銅、部分磷銅(約1/3配比)、白銅管(B10)、錫錠、H65棒依次加入水平連鑄爐進(jìn)行熔煉,熔煉溫度為1160~1200℃,出口溫度控制為780℃,二次噴水冷卻,產(chǎn)出Φ20規(guī)格的鑄錠。擠壓前對(duì)鑄坯表面進(jìn)行清洗或去皮操作,經(jīng)洗刷后進(jìn)行連續(xù)擠壓,連續(xù)擠壓轉(zhuǎn)速為3~15轉(zhuǎn)/分,產(chǎn)出10×60mm規(guī)格的銅排,經(jīng)粗軋后厚度為2.2mm的銅板帶。進(jìn)行第一次時(shí)效退火分二級(jí)進(jìn)行,一級(jí)退火溫度為500~530℃保溫3小時(shí),二級(jí)退火溫度為470~500℃保溫4小時(shí),然后再進(jìn)行精軋至厚度為0.7mm銅板帶。接著第二次時(shí)效退火,退火溫度為450~480℃保溫6小時(shí),最后軋制至0.5mm銅板帶,清洗后進(jìn)行200~230℃保溫6小時(shí)的去應(yīng)力退火,得到符合要求的產(chǎn)品。產(chǎn)品性能指標(biāo):導(dǎo)電率為86.5%IACS,硬度為HV126,經(jīng)460℃3分鐘軟化試驗(yàn)后,其硬度值仍達(dá)HV115。按上述工藝制備的材料,第二質(zhì)點(diǎn)相Fe2P彌散分布,使材料在高溫下(釬焊溫度)有更優(yōu)良抗軟化能力。由于釬焊前后硬度差值僅為9個(gè)HV值,材料內(nèi)部應(yīng)力大大降低,從而保證釬焊后材料的板型,避免出現(xiàn)較大變形和翹曲現(xiàn)象。其他實(shí)施例的具體化學(xué)成分含量見(jiàn)表1所示。表1本發(fā)明其他實(shí)施例的生產(chǎn)工藝按表2進(jìn)行熔煉、鑄造、擠壓、粗軋、一次退火、精軋、二次退火、成品軋制,最終得到成品。表2本發(fā)明其他實(shí)施例的性能指標(biāo)如表3表3實(shí)施例硬度HV導(dǎo)電率%IACS軟化測(cè)試后硬度HV實(shí)施例212288.6111實(shí)施例312488.2110實(shí)施例412288.5112對(duì)比例12188.9101本發(fā)明的工藝流程為:配料→熔煉→水平連鑄→擠壓(擠壓前進(jìn)行去皮或刷銑操作)→粗軋→一次退火(分級(jí)時(shí)效)→精軋→二次退火(時(shí)效)→成品軋制→成形加工→產(chǎn)品傳統(tǒng)工藝制備方法(上引方法):配料→熔煉→上引連鑄→擠壓(擠壓前進(jìn)行去皮或刷銑操作)→粗軋→一次退火(時(shí)效550℃*7h)→精軋→二次退火(時(shí)效)→成品軋制→成形加工→產(chǎn)品綜上所述,實(shí)施例2、實(shí)施3、實(shí)例4通過(guò)成分配比、工藝流程的改進(jìn),使引線框架用銅合金材料的硬度HV比對(duì)比例高,導(dǎo)電率%IACS與對(duì)比例相當(dāng),但在經(jīng)460℃×3min軟化試驗(yàn)后,其硬度值要高于對(duì)比例,可有效保證釬焊后材料的板型,避免出現(xiàn)較大變形和翹曲現(xiàn)象。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)添加少量Sn、Ni、P等元素,來(lái)改善合金綜合性能(可獲得導(dǎo)電率為87.5%IACS,釬焊后合金硬度為原始硬度90%的),并采用“分級(jí)時(shí)效”的熱處理方法獲得材料優(yōu)良的性能(如硬度和抗高溫軟化硬度等)。在制備過(guò)程中,控制水平連鑄最后出口溫度650~850℃,并進(jìn)行二次噴水冷卻,可達(dá)到鑄坯較好的固溶效果,使材料在后續(xù)加工和時(shí)效過(guò)程中有更細(xì)小、彌散的第二相析出,并且可以減少后道加熱固溶工序,縮短工藝流程;在擠壓軋制過(guò)程中,采用二次時(shí)效處理,可使材料的焊接性能和抗軟化溫度有較大提高。圖1為上引桿坯經(jīng)連續(xù)擠壓帶坯通過(guò)冷軋以及退火后的組織,黑色的顆粒狀物質(zhì)為Fe2P質(zhì)點(diǎn)相,由圖中可以看出第二相(質(zhì)點(diǎn)相)呈團(tuán)狀分布,分布不均。圖2為本發(fā)明生產(chǎn)的帶材金相組織,從圖中可以看出,第二相(質(zhì)點(diǎn)相)質(zhì)點(diǎn)均勻分布于基體中。新方法制備的材料由于第二相(質(zhì)點(diǎn)相)均勻彌散分布在基體中,使得材料在釬焊過(guò)程中硬度降低少,材料中應(yīng)力低,避免出現(xiàn)翹曲、變形等缺陷。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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