專利名稱：一種高強(qiáng)高塑性銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)高塑性銅合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外用于集成電路和半導(dǎo)體的引線框架材料分為鐵鎳合金(Fe42Ni)和銅合金兩大類。鐵鎳合金的強(qiáng)度和軟化溫度很高，但電導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)率很低，主要用于陶瓷和玻璃封裝。銅合金由于優(yōu)良的導(dǎo)電性和低廉的價(jià)格，銅合金引線框架的消耗已占總量的90%。對(duì)引線框架，電子設(shè)備的各種端子，連接件等所使用的銅合金除了要求具備高強(qiáng)度和高導(dǎo)電外，更由于各種端子、連接器上引線數(shù)量的增加，小節(jié)距化的進(jìn)展較快，要求電子部件具有高密度組裝性和高可靠性。因此，對(duì)電子部件所使用的材料也提出了加工性能優(yōu)良的要求。這些合金中，CuNiSi時(shí)效硬化型合金是典型的代表性合金，其典型工藝為鑄錠-熱軋-固溶處理-冷軋-時(shí)效處理。加工工藝的好壞直接影響產(chǎn)品的性能。為了提高產(chǎn)品的性能，不少人提出添加不同微量元素的方法。這些微量元素的加入雖然在一定程度上改進(jìn)了含金的性能，但由于沒有改變合金的加工工藝，在強(qiáng)度和塑性上比較難達(dá)到預(yù)期效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種高強(qiáng)高塑性銅合金及其制備方法，該銅合金主要用于集成電路、特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的框架以及電子產(chǎn)品接插件。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種高強(qiáng)高塑性銅合金，按重量百分比計(jì)，包括成分為Ni，1. 5 4. 5% ；Si，0. 5 0. 8%;Ce,0. 01 0. 3% ；Cr，0. 01 0. 1%;余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。更好的配方為按重量百分比計(jì)，包括成分為Ni，2 4%;Si，0. 4 0. 6%;Ce， 0. 02 0. 15% ；Cr，0. 02 0. 06%;余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。一種高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，包括如下步驟(1)配料稱取原材料，所述原材料中含有的金屬成分及其重量百分比如下
Ni, 1. 5 4. 5% ；Si, 0. 5 0. 8% ；Ce, 0. 01 0. 3% ；Cr, 0. 01 0. 1% ；余量為銅；
(2)真空熔煉將步驟(1)中稱取的原材料放入真空熔煉設(shè)備中，在真空度為(廣5) X IO^2Pa Pa,溫度為1250-1300°C的條件下真空熔煉，形成銅合金熔體；
(3)澆鑄將步驟(2)中獲得的銅合金熔體澆鑄成扁錠；
(4)冷軋將步驟(3)中獲得的扁錠冷軋成厚度為0.8-2mm的帶材；
(5)固溶處理將步驟(4)中冷軋成的帶材加熱至85(T950°C保溫廣3個(gè)小時(shí)，然后快速水冷冷卻至室溫；(6)二次冷軋將步驟(5)中獲得的帶材冷軋成厚度為0. 15-0. 3mm的帶材；
(7)時(shí)效處理將步驟(6)中獲得的帶材在42(T500°C的溫度下，時(shí)效處理廣5個(gè)小時(shí)。
所述配料步驟中的原材料包括電解鎳，其提供Ni元素；多晶硅，其提供Si元素； 中間合金CuCe，其提供Ce (鈰)元素和部分銅元素；中間合金CuCr，其提供Cr (鉻)元素和部分銅元素；電解銅，其提供其余的銅元素。 所述真空熔煉設(shè)備是真空感應(yīng)爐。所述真空熔煉步驟操作如下將電解銅、電解鎳和多晶硅加入真空熔煉設(shè)備中，調(diào)節(jié)真空熔煉設(shè)備的真空度至(廣5) X 10_2Pa，然后加熱至1250°C 1300°C下保溫20 30分鐘，使電解銅、電解鎳和多晶硅完全熔融；然后加入中間合金CuCe和CuCr，繼續(xù)保溫纊12 分鐘，形成銅合金熔體。所述固溶處理和時(shí)效處理在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
本發(fā)明在傳統(tǒng)CuNiSi合金基體上加入微量Ce和Cr。Ce和Cr的結(jié)合，可阻礙加熱 CuNiSi時(shí)合金晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，從而可降低合金固溶處理后的硬度，使冷加工性能改善，提高合金時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。工藝處理中，采用先冷軋，再固溶處理，接著二次冷軋的處理方式，可以提高合金的塑性，即提高延伸率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1
實(shí)施例1銅合金，按重量百分比計(jì)，包括的成分如下=Ni, 2. 0% ；Si, 0. 6% ；Ce, 0. 04% ； Cr, 0. 01% ；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。所述銅合金的制備方法如下
(1)配料根據(jù)上述的各成分的重量比，經(jīng)計(jì)算，稱取相應(yīng)的電解銅、電解鎳、多晶硅、中間合金CuCe (重量百分比85Cu-15Ce)及中間合金CuCr (重量百分比90Cu_10Cr)；
(2)真空熔煉將稱取的電解銅、電解鎳和多晶硅加入真空感應(yīng)爐中，調(diào)節(jié)真空感應(yīng)爐的真空度至0. 05 ，，加熱至1250°C下保溫25分鐘，使電解銅、電解鎳和多晶硅完全熔融； 然后加入上述中間合金CuCe及CuCr，繼續(xù)保溫10分鐘，形成銅合金熔體；
(3)澆鑄將上一步驟獲得的銅合金熔體澆鑄在鑄模內(nèi)；
(4)冷軋將上一步驟獲得的鑄錠冷軋成厚度為0.8mm的帶材；
(5)固溶處理將步驟(4)中冷軋成的帶材加熱至850°C，保溫1個(gè)小時(shí)，然后快速水冷冷卻至室溫；
(6)二次冷軋將步驟(5)中獲得的帶材冷軋成厚度為0. 15mm的帶材；
(7)時(shí)效處理將冷軋后的帶材在450°C下時(shí)效處理150分鐘，獲得最終的銅合金。對(duì)上述制備獲得的銅合金按照常規(guī)方法進(jìn)行性能測(cè)試，其結(jié)果如下抗拉強(qiáng)度為 730 760MP，屈服強(qiáng)度為640 670MP，延伸率為13 14%。實(shí)施例2
實(shí)施例2銅合金，按重量百分比計(jì)，包括的成分如下:Ni,3. 0% ；Si,0. 75% ；Ce,0. 15% ； Cr，0. 05% ；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
所述銅合金的制備方法如下
(1)配料根據(jù)上述的各成分的重量比，經(jīng)計(jì)算，稱取相應(yīng)的電解銅、電解鎳、多晶硅、中間合金CuCe (重量百分比85Cu-15Ce)和中間合金CuCr (重量百分比90Cu_10Cr)；
a)真空熔煉將稱取的電解銅、電解鎳和多晶硅加入真空感應(yīng)爐中，調(diào)節(jié)真空感應(yīng)爐的真空度至0. 05Pii，然后加熱至1250°C下保溫30分鐘，使電解銅、電解鎳和多晶硅完全熔融；然后加入上述中間合金CuCe和CuCr，繼續(xù)保溫10分鐘，形成銅合金熔體；
b)澆鑄將上一步驟獲得的銅合金熔體澆鑄在鑄模內(nèi)；
c)冷軋將上一步驟獲得的鑄錠冷軋成厚度為2mm的帶材；
d)固溶處理將步驟(4)中冷軋成的帶材加熱至900°C，保溫2個(gè)小時(shí)，然后快速水冷
冷卻至室溫；
e)二次冷軋將步驟(5)中獲得的帶材冷軋成厚度為0. 18mm的帶
f)將冷軋后的帶材在500°C下時(shí)效處理300分鐘，獲得最終的銅合金。對(duì)上述制備獲得的銅合金按照常規(guī)方法進(jìn)行性能測(cè)試，其結(jié)果如下抗拉強(qiáng)度為 735 765MP，屈服強(qiáng)度為640 680ΜΡ，延伸率為13. 5 15. 0%。實(shí)施例3
實(shí)施例3銅合金，按重量百分比計(jì)，包括的成分如下:Ni,4. 0% ；Si,0. 6% ；Ce,0. 27% ； Cr，0. 08% ；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。所述銅合金的制備方法如下
(1)配料根據(jù)上述的各成分的重量比，經(jīng)計(jì)算，稱取相應(yīng)的電解銅、電解鎳、多晶硅、中間合金CuCe (重量百分比85Cu-15Ce)和中間合金CuCr (重量百分比90Cu_10Cr)；
(2)真空熔煉將稱取的電解銅、電解鎳和多晶硅加入真空感應(yīng)爐中，調(diào)節(jié)真空感應(yīng)爐的真空度至0. 05Pa，然后加熱至1250°C下保溫20分鐘，使電解銅、電解鎳和多晶硅完全熔融；然后加入上述中間合金CuCe和CuCr，繼續(xù)保溫10分鐘，形成銅合金熔體；
(3)澆鑄將上一步驟獲得的銅合金熔體澆鑄在鑄模內(nèi)；
(4)冷軋將上一步驟獲得的鑄錠冷軋成厚度為1.2mm的帶材；
(5)固溶處理將步驟(4)中冷軋成的帶材加熱至850°C，保溫3個(gè)小時(shí)，然后快速水冷冷卻至室溫；
(6)二次冷軋將步驟(5)中獲得的帶材冷軋成厚度為0. 15mm的帶材；
(7)將冷軋后的帶材在470°C下時(shí)效處理60分鐘，獲得最終的銅合金。對(duì)上述制備獲得的銅合金按照常規(guī)方法進(jìn)行性能測(cè)試，其結(jié)果如下抗拉強(qiáng)度為 740 770MP，屈服強(qiáng)度為650 680ΜΡ，延伸率為13 14. 5%。
綜合以上實(shí)施例1 實(shí)施例3的性能測(cè)試結(jié)果 抗拉強(qiáng)度73(Γ770ΜΡ ；屈服強(qiáng)度640 680 MP ；延伸率13 15%。實(shí)施例4 實(shí)施例6 (比較實(shí)施例)
比較條件實(shí)施例4 實(shí)施例6銅合金，分別不加入Cr成分，Ni,、Si、Ce (鈰)成分分別與實(shí)施例1 實(shí)施例3相同，余量分別為銅和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例4 實(shí)施例6銅合金的制備方法及工藝條件也分別與實(shí)施例1 實(shí)施例3相同，將分別獲得最終的銅合金按照常規(guī)方法進(jìn)行性能測(cè)試，其綜合結(jié)果如下
抗拉強(qiáng)度72(Γ730ΜΡ ；屈服強(qiáng)度:620^650 MP ；延伸率11 13. 5%。
比較實(shí)施例1 實(shí)施例3以及實(shí)施例4 實(shí)施例6的綜合性能測(cè)試結(jié)果可見，本發(fā)明在傳統(tǒng)CuNiSi合金基體中加入微量Ce和Cr，并采用先冷軋，再固溶處理，接著二次冷軋后再時(shí)效處理的工藝處理方式，可以有效提高合金的強(qiáng)度及塑性(延伸率)。其次，本發(fā)明在本申請(qǐng)人原有CuNiSi合金基體中加入微量Ce和Hf (鉿)，來(lái)提高銅合金強(qiáng)度及塑性的方法改為加入微量Ce和Cr來(lái)提高銅合金強(qiáng)度及塑性，以及通過(guò)上述工藝方法的改進(jìn)，可使得到的銅合金達(dá)到同樣甚至更好的強(qiáng)度及塑性性能效果，節(jié)省了稀貴金屬，降低了成本。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高塑性銅合金，其特征在于按重量百分比計(jì)，包括成分為Ni，1.5 4. 5% ；Si，0. 5 0. 8%;Ce,0. 01 0. 3% ；Cr，0. 01 0. 1%;余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)配料稱取原材料，所述原材料中含有的金屬成分及其重量百分比如下Ni，1. 5 4. 5% ； Si, 0. 5 0. 8% ；Ce, 0. 01 0. 3% ；Cr, 0. 01 0. 1% ；余量為銅；(2)真空熔煉將步驟(1)中稱取的原材料放入真空熔煉設(shè)備中，在真空度為(Γ5) X IO-2Pa Pa,溫度為1250-1300°C的條件下真空熔煉，形成銅合金熔體；(3)澆鑄將步驟(2)中獲得的銅合金熔體澆鑄成扁錠；(4)冷軋將步驟(3)中獲得的扁錠冷軋成厚度為0.8-2mm的帶材；(5)固溶處理將步驟(4)中冷軋成的帶材加熱至85(T950°C保溫廣3個(gè)小時(shí)，然后快速水冷冷卻至室溫；(6)二次冷軋將步驟(5)中獲得的帶材冷軋成厚度為0. 15-0. 3mm的帶材；(7)時(shí)效處理將步驟(6)中獲得的帶材在42(T500°C的溫度下，時(shí)效處理廣5個(gè)小時(shí)。
3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于所述配料步驟中的原材料包括電解鎳，其提供Ni元素；多晶硅，其提供Si元素；中間合金CuCe，其提供Ce 元素和部分銅元素；中間合金CuCr，其提供Cr元素和部分銅元素；電解銅，其提供其余的銅元素。
4.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于所述真空熔煉設(shè)備是真空感應(yīng)爐。
5.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于所述真空熔煉步驟操作如下將電解銅、電解鎳和多晶硅加入真空熔煉設(shè)備中，調(diào)節(jié)真空熔煉設(shè)備的真空度至(廣5) X10_2Pa，然后加熱至1250°C 1300°C下保溫20 30分鐘，使電解銅、電解鎳和多晶硅完全熔融；然后加入中間合金CuCe和CuCr，繼續(xù)保溫纊12分鐘，形成銅合金熔體。
6.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于所述固溶處理和時(shí)效處理在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。
全文摘要
一種高強(qiáng)高塑性銅合金，其特征在于按重量百分比計(jì)，包括成分為Ni，1.5～4.5%；Si，0.5～0.8%;Ce，0.01～0.3%；Cr，0.01～0.1%;余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；本發(fā)明在傳統(tǒng)CuNiSi合金基體上加入微量Ce和Cr，Ce和Cr的結(jié)合，可阻礙加熱CuNiSi時(shí)合金晶粒的長(zhǎng)大，從而細(xì)化晶粒，降低合金固溶處理后的硬度，使冷加工性能改善，提高合金時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。一種高強(qiáng)高塑性銅合金的制備方法，其特征在于將獲得的銅合金熔體澆鑄成扁錠之后，采用先冷軋，再固溶處理，接著二次冷軋的處理方式，可以有效提高銅合金的塑性，即有效提高銅合金的延伸率。
文檔編號(hào)C22F1/08GK102560192SQ201110458830
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者晏弘 申請(qǐng)人:無(wú)錫日月合金材料有限公司