專利名稱：一種CuCrZr合金材料和其制備方法以及該合金材料制備帶材的方法
技術領域：
本發明屬于集成電路用材領域，具體涉及一種CuCrZr合金材料和其制備方法以及該合金材料制備帶材的方法。
背景技術：
集成電路是現代電子信息技術的核心，是電子、計算機和信息工藝發展的基礎。引線框架材料是是集成電路關鍵部件之一，起著支撐集成電路芯片、保護內部元件、連接外部電路和散發工作熱量的重要作用。超大規模集成電路要求其引線框架材料抗拉強度550 600MPa，電導率為75%IACS以上，才能保證其承載時的長期穩定性。Cu-Cr-Zr系合金具有高強度、高導電性和良好的耐熱穩定性，是制造引線框架的 良好材料，但是合金材料中的Zr元素非常容易氧化，且該合金淬火敏感性強，導致其制備成本高昂，因此在市場上并未得到廣泛的應用，對其研究還主要處于基礎方面。由于大規格鑄錠的熔鑄、在線固溶及淬火等關鍵技術未能突破，使得Cu-Cr-Zr系合金帶材尚未實現產業化生產，該類合金帶材幾乎全部依賴進口，嚴重制約了我國電子信息產業的發展。因此有必要提供一種生產成本低、工藝簡單、適合工業化生產、性能更好的引線框架用材料。

發明內容
本發明的首要目的是提供一種高強度、高電導率且耐高溫的CuCrZr合金材料。其所采用的技術方案為一種CuCrZr合金材料，其特征在于，按重量百分比，其包括以下組分，0. 30 0. 70%的鉻，0. 05 0. 20的鋯，0. 01 0. 12%的鎳，0. 01 0. 05%的硅，0. 03 0. 10%的鎂，0. 10 0. 50%的鋅，余量為銅及不可避免的雜質。本發明所提供的材料中，各組分的重量百分比是經申請人反復試驗后確定的，合金材料的強度、電導率、軟化溫度都與各組分的種類和其含量密切相關，各組分含量的超出上述范圍的變化，會使得合金材料的發生突變，影響合金材料的應用。本發明的第二個目的是提供CuCrZr合金材料的制備方法，包括如下工序I)熔鑄將88. 54 97. 26重量份的銅和0. 06 0. 92重量份的銅鎳合金放入熔化爐中，加熱至1250°C 1280°C熔化，熔化完全后，再加投0. 14 0. 56重量份的銅鎂合金、2. 50 8. 75重量份的銅鉻合金、0. 29 I. 54重量份的銅鋯合金和0. 06 0. 36重量份的銅硅合金，攪拌均勻后進行鑄造；2)均勻化處理將鑄造中所得的合金體在920°C 960°C下保溫4 6小時后取出冷卻。所述熔鑄中銅和鎳熔化過程中采用N2氣保護熔煉。所述銅鎳合金中鎳含量為13 17%,所述銅娃合金中娃含量14 18%,所述銅鎂合金中鎂含量為18 22%，所述銅鉻合金中鉻含量為8 12%，所述銅鋯合金中鋯含量為13 17%。
可在熔爐中合金開始熔化時，全程氣體保護，鑄造時可采用半連續鑄造機進行鑄造，鑄造的合金規格可為220X640XLmm;均勻化處理時要保證合金中的枝晶偏析完全消除，合金出爐時的溫差為15°C左右。本發明的第三個目的是提供CuCrZr合金材料的制備帶材的方法，包括如下工序3)熱軋和淬火將熱CuCrZr合金在軋機上進行熱軋，在線淬火，冷卻至60°C左右；4)軋制將銑削后帶材在軋機上軋制成符合產品尺寸要求的薄帶；5)退火將軋制后的帶材進行退火處理，控制退火的溫度為400°C 500°C，退火速度為5 23m/min ；6)拉彎矯直將退火處理后的薄帶在矯直機上進行拉彎矯直處理，矯正帶材的板形缺陷和減少帶材內部殘余應力； 所述的軋制工序包括如下操作粗軋將銑削處理后的帶材在可逆軋機上進行粗軋；一次時效處理將粗軋后的帶材置于充滿N2的退火爐中進行一次時效處理，控制爐溫為400°C 500°C，保溫4 8小時，然后冷卻；中軋將一次時效后的帶材在中軋機上進行中軋；二次時效處理將中軋后的帶材在退火爐中進行退火處理，控制爐溫為400°C 500°C，退火速度為5 23m/min ；精軋將二次時效處理后的帶材在精軋機上軋制成符合產品尺寸要求的薄帶。所述軋制操作前對熱軋帶材的表面進行銑削處理；所述拉彎矯直后對帶材進行表面鈍化處理，并將帶材剪切成相應規格的產品；所述的銑削操作在雙面銑削機上完成，包括對帶材的上、下表面和兩個側邊進行雙面銑削，上、下表面的銑削量為每面1±0. 3mm，側邊銑削量為每邊2mm ;所述拉彎矯直操作中薄帶產生0 3%的延伸率。所述的熱軋操作至少為一次，熱軋后的帶材厚度為15 18mm,其中最后次熱軋壓下量> 50%，終軋溫度不低于850°C。所述的二次時效處理后還設有中軋和時效處理操作；所述粗軋后的帶材厚度為
I.0 I. 8mm ;中軋后的帶材厚度為0. 2 0. 4_。所述的工序3) 6)中在上一操作步驟結束時進行打卷操作，下一操作步驟開始時進行開卷操作。采用雙面銑削和多次中軋、時效處理、拉彎矯直等操作，使得制備出引線框架的用帶材具有良好的板形和表面質量。本發明提供的CuCrZr合金材料以及合金材料構成的帶材的強度彡580Mpa、電導率彡78%IACS、軟化溫度彡500°C，具有高強度、高導電率且耐高溫的性能。制造時可以采用熱軋-在線淬火工藝，從而不需要單獨進行固溶淬火處理也可達到固溶的效果，極大的提高了生產效率，同時降低生產成本,生產的帶材具有良好的板形和表面質量。


圖I是CuCrZr合金材料的制備及其制備合金帶材的工藝流程圖。
具體實施例方式其中、實施例1、3、5為CuCrZr合金材料的制備，實施例2、4、6為CuCrZr合金帶材的制備。實施例I將94. 13重量份的銅和0. 93重量份鎳含量13%的銅鎳合金放入熔化爐中，加熱至1250°C 1300°C熔化，熔化過程中爐內全程氣體保護防止熔體被氧化，熔化完全后再加投0. 55重量份鎂含量18%的銅鎂合金，待銅鎂合金熔化完全后再加入2. 5重量份鉻含量12%的銅鉻合金和I. 53重量份鋯含量13%的銅鋯合金、0. 3重量份的鋅、0. 06重量份硅含量18%的銅硅合金，攪拌熔化均勻后在半連續鑄造機中鑄造成170 X 620 X Lmm合金鑄錠，然后將合金鑄錠在步進式加熱爐內加熱保溫，控制加熱爐爐溫為920°C 960°C，保溫時間為4 6小時，以保證鑄錠枝晶偏析完全消除，鑄錠出爐溫差± 15°C，冷卻后即可得到CuCrZr合金材料。 測得制得的合金材料中各組分的含量如下鎳0. 12%,鉻0. 3%,鋯0. 198%,硅0. 02%，鎂 0.01%，鋅 0. 3%o實施例2將實施例I中的出爐后的鑄錠合金直接進入二輥可逆熱軋機上進行多道次來回熱軋，終軋溫度確保在850°C以上，最后一次以> 50%的壓下量直接軋至15mm后，直接在熱軋軌道上噴水冷卻至60°C左右進行卷取。熱軋帶卷開卷后在雙面銑削機上依次同時對熱軋后的帶材進行上、下表面和兩個側邊進行銑削，表面銑削量為每面1mm，側邊銑削量為每邊2_，然后打卷。將銑削后的帶卷開卷，在可逆粗軋機上進行多道次粗制，厚度從13. Omm軋到I. 8mm，然后再打卷。將粗軋帶材卷裝入含保護氣氛的鐘罩式退火爐中進行一次時效處理，在500°C下保溫6h后送風冷卻。將一次時效處理后的帶材在四輥中軋機上軋制到厚度0. 3mm左右時，再置于氣墊式退火爐中進行退火處理，退火溫度為400°C 500°C，退火速度為5 15m/min。二次時效處理后將帶材在二十輥精軋機上軋制到成品尺寸，接下來再在氣墊退火爐中進行退火處理，控制退火溫度為400°C，退火速度為15m/min。退火后的帶材經拉彎矯直、表面清洗處理和全自動分切及襯紙包裝后，檢查、入庫。經過上述工藝加工處理的CuCrZr系合金帶材，強度為582MPa，硬度為189HV，電導率80. 8%IACS，退火Ih后軟化溫度(退火硬度值為初始硬度的85%對應的溫度)大于550°C。實施例3將90. 29重量份的銅和0. 06重量份鎳含量17%的銅鎳合金放入熔化爐中，加熱至1250°C 1300°C熔化，熔化過程中采用N2保護防止金屬熔體被氧化，熔化完全后再加投0. 15重量份鎂含量22%的銅鎂合金，待銅鎂合金融化完全后再加入8. 7重量份鉻含量8%的銅鉻合金和0. 4重量份鋯含量17%的銅鋯合金、0. I重量份的鋅、0. 3重量份硅含量14%的銅硅合金，攪拌熔化均勻后在半連續鑄造機中鑄造成170 X 620 X Lmm合金鑄錠，然后將合金鑄錠在步進式加熱爐內加熱保溫，控制加熱爐爐溫為920°C 960°C，保溫時間為4 6小時，以保證鑄錠枝晶偏析完全消除，鑄錠出爐溫差±15°C，冷卻后即可得到CuCrZr合金材料。測得制得的合金材料中各組分的含量如下鎳0. 01%，鉻0. 69%，鋯0. 07%，硅0. 02%，鎂 0. 05%，鋅 0. 1%。
實施例4將實施例I中的出爐后的鑄錠合金直接進入二輥可逆熱軋機上進行多道次來回熱軋，終軋溫度確保在850°C以上，最后一次以> 50%的壓下量直接軋至16mm后，直接在熱軋軌道上噴水冷卻至60°C左右，然后通過軌道運送到雙面銑削機上同時對上、下和側邊進行銑削，表面銑削量為每面1mm，側邊銑削量為每邊2mm，然后收卷。將銑削后的帶卷開卷，在可逆粗軋機上進行多道次粗制，厚度從15. Omm軋到I. 5_。將粗軋帶材卷裝入含保護氣氛的鐘罩式退火爐中進行一次時效處理，在470°C下保溫6h后送風冷卻。將一次時效處理后的帶材在四輥中軋機上軋制到厚度0. 2mm左右時，再置于氣墊退火爐中進行退火處理，退火溫度為400°C 500°C，退火速度為5 15m/min。二次時效處理后將帶材在二十輥精軋機上軋制到成品尺寸，接下來再在氣墊退火爐中進行退火處理，控制退 火溫度為400°C，退火速度為15m/min。退火后的帶材經拉彎矯直、表面清洗處理和全自動分切及襯紙包裝后，檢查、入庫。經過上述工藝加工處理的CuCrZr系合金帶材，強度為594MPa，硬度為191HV，電導率79. 6%IACS，退火Ih后軟化溫度(退火硬度值為初始硬度的85%對應的溫度)大于500°C。實施例5將92. 49重量份的銅和0. 54重量份鎳含量15%的銅鎳合金放入熔化爐中，加熱至1250°C 1300°C熔化，熔化過程中采用N2保護防止金屬熔體被氧化，熔化完全后再加投
0.2重量份鎂含量16%的銅鎂合金，待銅鎂合金融化完全后再加入5重量份鉻含量10%的銅鉻合金和0. 9重量份鋯含量15%的銅鋯合金、0. 5重量份的鋅、0. 75重量份硅含量20%的銅硅合金，攪拌熔化均勻后在半連續鑄造機中鑄造成170 X 620 X Lmm合金鑄錠，然后將合金鑄錠在步進式加熱爐內加熱保溫，控制加熱爐爐溫為920°C 960°C，保溫時間為4 6小時，以保證鑄錠枝晶偏析完全消除，鑄錠出爐溫差±10°C，冷卻后即可得到CuCrZr合金材料。測得制得的合金材料中各組分的含量如下鎳0. 08%,鉻0. 50%,鋯0. 13%，硅
0.03%，鎂 0. 07%，鋅 0. 5%o實施例6將實施例I中的出爐后的鑄錠合金直接進入二輥可逆熱軋機上進行多道次來回熱軋，終軋溫度確保在850°C以上，最后一次以> 50%的壓下量直接軋至13mm后，立即在熱軋軌道上噴水冷卻至60°C左右。然后通過軌道運送到雙面銑削機上同時對上、下和側邊進行銑削，表面銑削量為每面1mm，側邊銑削量為每邊2mm，然后收卷。將銑削后的帶卷開卷，在可逆粗軋機上進行多道次粗制，厚度從12. Omm軋到I. 0_，然后再打卷。將粗軋帶材卷裝入含N2氣氛的鐘罩式退火爐中進行一次時效處理，在450°C下保溫6h后送風冷卻。將一次時效處理后的帶材在四輥中軋機上軋制到厚度0. 4mm左右時，再置于氣墊退火爐中進行退火處理，退火溫度為400°C 500°C，退火速度為5 15m/min。二次時效處理后將帶材在二十輥精軋機上軋制到成品尺寸，接下來再在氣墊退火爐中進行退火處理，控制退火溫度為400°C，退火速度為15m/min。退火后的帶材經拉彎矯直、表面清洗處理和全自動分切及襯紙包裝后，檢查、入庫。經過上述工藝加工處理的CuCrZr系合金帶材，強度為612MPa，硬度為198HV，電導率78. 2%IACS，退火Ih后軟化溫度(退火硬度值為初始硬度的85%對應的溫度)大于500°C。
權利要求
1.一種CuCrZr合金材料，其特征在于，按重量百分比，其包括以下組分0. 30 0. 70%的鉻，0. 05 0. 20的鋯，0. 01 0. 12%的鎳，0. 01 0. 05%的硅，0. 03 0. 10%的鎂，0. 10 0. 50%的鋅，余量為銅及不可避免的雜質。
2.一種如權利要求I中所述的CuCrZr合金材料的制備方法，包括如下工序 1)熔鑄將88.54 97. 26重量份的銅和0. 06 0. 92重量份的銅鎳合金放入熔化爐中，加熱至1250°C 1280°C熔化，熔化完全后，再加投0. 14 0. 56重量份的銅鎂合金、2.50 8. 75重量份的銅鉻合金、0. I 0. 5重量份的鋅、0. 29 I. 54重量份的銅鋯合金和0.06 0. 36重量份的銅硅合金，攪拌均勻后進行鑄造； 2)均勻化處理將鑄造中所得的合金體在920°C 960°C下保溫4 6小時后取出冷卻。
3.如權利要求2所述的CuCrZr合金材料的制備方法,其特征在于所述步驟I)中熔爐里合金開始熔化過程中采用N2氣保護熔煉。
4.如權利要求2所述的CuCrZr合金材料的制備方法,其特征在于所述銅鎳合金中鎳含量為13 17%，所述銅硅合金中硅含量14 18%，所述銅鎂合金中鎂含量為18 22%，所述銅鉻合金中鉻含量為8 12%，所述銅鋯合金中鋯含量為13 17%。
5.—種如權利要求I所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,包括如下工序 3)熱軋和淬火將熱CuCrZr合金在軋機上進行熱軋，且在線淬火，終軋溫度在不低于850 0C ； 4)軋制將銑削后帶材在軋機上軋制成符合產品尺寸要求的薄帶； 5)退火將軋制后的帶材進行退火處理，控制退火的溫度為400°C 500°C，退火速度為 5 23m/min ； 6)拉彎矯直將退火處理后的薄帶在矯直機上進行拉彎矯直處理，矯正帶材的板形缺陷和減少帶材內部殘余應力。
6.如權利要求5所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,其特征在于,所述的軋制工序包括如下操作 粗軋將銑削處理后的帶材在可逆軋機上進行粗軋； 一次時效處理將粗軋后的帶材置于充滿N2的退火爐中進行一次時效處理，控制爐溫為400°C 500°C，保溫4 8小時，然后冷卻； 中軋將一次時效后的帶材在中軋機上進行中軋； 二次時效處理將中軋后的帶材在退火爐中進行退火處理，控制爐溫為400°C 500°C，退火速度為5 23m/min ； 精軋將二次時效處理后的帶材在精軋機上軋制成符合產品尺寸要求的薄帶。
7.如權利要求5所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,其特征在于所述軋制操作前對熱軋帶材的表面進行銑削處理；所述拉彎矯直后對帶材進行表面鈍化處理，并將帶材剪切成相應規格的產品；所述的銑削操作在雙面銑削機上完成，包括對帶材的上、下表面和兩個側邊進行雙面銑削，上、下表面的銑削量為每面1±0. 3mm，側邊銑削量為每邊2mm ；所述拉彎矯直操作中薄帶產生0 3%的延伸率。
8.如權利要求5所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,其特征在于所述的熱軋操作至少為一次，熱軋后的帶材厚度為15 18mm，其中最后次熱軋壓下量> 50%，終軋溫度不低于850°C。
9.如權利要求6所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,其特征在于所述的二次時效處理后還設有中軋和時效處理操作；所述粗軋后的帶材厚度為I. O I. 8mm ;中軋后的帶材厚度為0. 2 0. 4mm。
10.如權利要求5所述的CuCrZr合金材料的制備帶材的方法,其特征在于所述的工序3) 6)中在上一操作步驟結束時進行打卷操作，下一操作步驟開始時進行開卷操作。
全文摘要
本發明公開了一種CuCrZr合金材料，按重量百分比，其包括以下組分0.30～0.70%的鉻，0.05～0.20的鋯，0.01～0.12%的鎳，0.01～0.05%的硅，0.03～0.10%的鎂，0.10～0.50%的鋅，余量為銅及不可避免的雜質。本發明提供的CuCrZr合金材料以及合金材料構成的帶材的強度≥580MPa、電導率≥78%IACS、軟化溫度≥500℃，具有高強度、高電導率且耐高溫的性能。
文檔編號C22C9/00GK102719694SQ201210208190
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者侯文武, 劉建設, 劉敦偉, 劉清蘭, 呂杰, 夏承東, 孟繁偉, 徐斌, 易志輝, 楊志龍, 汪明樸, 王之平, 王興壯, 詹飛, 賈延琳, 陳衛國, 陳明勇, 陳暢, 馬義兵, 駱啟榮 申請人:中南大學, 銅陵金威銅業有限公司