專利名稱：一種用于引線支架的銅鐵合金的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種合金的制造方法，尤其涉及一種用于制造引線支架的合金的制造方法。
背景技術：
目前，電子信息產業已經成為我國的一個重要支柱產業，半導體器件作為這個支柱產業的基石，其包括外部封裝和內部集成電路；集成電路(IC)包括芯片、引線和引線支架、粘接材料、封裝材料等。其中，引線支架的主要功能是為芯片提供機械支撐載體，同時也具有連接外部電路、傳送電信號以及散熱等功能。因此IC封裝需要具備高強度、高導電、高導熱性及良好的可焊性、耐蝕性、塑封性、抗氧化性等綜合性能。
我國引線支架材料的研究、試制、生產起步較晚，引線支架銅帶生產規模小、品種規格少，目前只有少數企業可以進行批量生產很少型號的合金，而且存在質量精度差，質量不穩定、軟化點低、內應力不均勻、寬度與厚度公差超差、外觀要求不合格等問題。目前銅鐵合金作為制造引線支架的主要材料，已占到市場總額的80%，合金牌號具有100多種。
其中我國生產的C194合金是其中具有代表性的一種。但是，目前生產的C194引線支架銅鐵合金的質量還不能滿足要求，精度差，品種規格少，性能不穩定，銅帶成品率不到50%，在板型狀況、殘余內應力、表面光潔度、邊部毛刺等方面存有較大缺陷。發明內容
本發明提供了一種引線支架用銅鐵合金的制造方法，其可以有效解決引線支架用銅鐵合金綜合性能不滿足生產要求、合金組織不均勻、析出相細小彌散化等問題，采用本發明的制造方法制備的銅鐵合金的抗拉強度、硬度、延伸率、電導率及軟化溫度等特性均能較好地滿足電子工業領域對引線支架材料性能的諸多要求。
本發明的用于引線支架的銅鐵合金制造方法包括以下步驟
(I)首先將主料及輔料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相線溫度至380°C 的溫度范圍內以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，在制造過程中控制合金成分及含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%, Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質；
(2)將得到的鑄坯在1000°C以下的加熱溫度進行熱軋壓延，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質；
(3)將熱軋帶材反復進行冷軋壓延和300°C 600°C雙級連續退火，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質；
(4)進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，再進行420°C以下的低溫退火，得到帶材成品，在制造過程中控制成分含量Fe為2. O 2. 6wt%, Ti為O. 05 O. IwtB 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%, Mo 為 O. 01 I. 5wt%、其余組分為 Cu和不可避免的雜質。
優選地，步驟(I)中的主料為I號電解銅，輔料為銅鐵中間合金、銅硼中間合金、單質鈦、單質鈉和混合稀土。
優選地，在步驟(2)熱軋壓延加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 μ m ;
優選地，在步驟(3)中冷軋退火加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 μ m。
優選地，經步驟(4)制得的銅鐵合金還含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于O. 05wt%。
優選地，所述銅合金的抗拉強度為600MBa以上、硬度180Hv以上、電導率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上。
本發明的引線支架銅鐵合金的制備方法的有益效果是
(I)本發明銅鐵合金綜合性能優越、合金組織均勻、析出相細小彌散，且合金價格相對較低，生產效率高；
(2)成品的抗拉強度達到600MBa以上、硬度180Hv以上、電導率66% IACS以上、 延伸率7. 0%以上，能較好地滿足電子工業領域對引線框架材料性能的諸多要求；
(3)本發明引線支架用銅鐵合金還具有優良的熱加工性，有利于生產制造，是生產弓I線支架等電氣電子部件的最佳材料。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明的用于引線支架的銅鐵合金制造方法，下面通過具體實施方式
詳細描述其技術方案。
為滿足引線支架等電氣電子部件用材料所要求的種種特性，本發明提供一種用于引線支架的銅鐵合金的制造方法，選擇最佳的Ti、B、Na、Mo的組分含量，以最合適的鑄坯冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理條件等先進的工藝手段進行生產制造。
本發明中所有含量、配比或百分比均為質量比。
引線支架用銅鐵合金，該銅鐵合金中的Fe 2. O 2. 6wt%> Ti :0. 05 O. Iwt%> B 0. 01 O. 03wt%,Na 0 O. 05wt%,Mo :0. 01 I. 5wt%，銅合金中還含有 As、Sb、Bi、 Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于O. 05wt%，并且S含量在25BBm以下；該銅鐵合金的抗拉強度600MBa以上、硬度180Hv以上、電導率66% IACS以上、延伸率7.0% 以上。
本發明銅鐵合金的各成分含量Fe是合金中的主要強化元素，合金經過合適的時效處理后，Fe元素以彌散分布的質點形式分布于銅基體中而起到時效強化作用。由于常溫下Fe在Cu中的飽和溶解度極小(在300°C以下僅為O. 0004% )，合金可以實現較高的電導率；通過添加少量的Fe可以細化晶粒，延遲銅的再結晶過程，提高其強度及硬度，但Fe元素過量會降低銅的塑性、電導率與導熱率，Fe元素的添加量控制在2. O 2. 6的范圍。
Ti的加入可以防止在金屬基體與鍍層中間出現脆性第二相等作用，可以改善合金的焊接性能，但過量添加Ti元素會降低合金的導電性能，將Ti元素的含量限制在O. 05 O. I的范圍。
在室溫時，B在銅中的溶解度幾乎為零，會降低銅的電導率及導熱率，但其對銅的力學性能及焊接性能有良好的影響，B還能提高銅鐵合金熔體的流動性，B在冶煉銅鐵合金時是以脫氧劑的形式加入，多余的B固溶在銅基體中能防止氫脆；在合金的時效過程中，B 還與Fe結合，形成Fe3B的析出物而起到一定的時效強化作用。B的加入是為了脫氧，固溶在銅基體中防止氫脆，而不是通過析出Fe3B來強化。在充分發揮B元素的有利作用的同時，應盡量降低B含量，以保證合金的高導電性能，將B元素的含量限定在O. 01 O. 03的范圍。
加入微量的Na使銅的電導率下降，但能提高銅的抗高溫氧化能力，且對銅有脫氧作用。與限定B元素的原則相同，Na元素的含量限制在O O. 05的范圍。
混合稀土元素Mo的作用主要是
(I)脫氧去氫稀土的化學活性很強，與氧的親和力遠大于銅與氧的親和力，且生成熔點比銅高、密度比銅小的稀土氧化物，收到良好的脫氧作用；稀土與氫結合成密度小的氫化物，上浮至銅液表面，在高溫下重新分解，排出氫氣，或被氧化進入熔渣而被除去；
(2)熔體凈化稀土對其它有害元素的脫除作用也很明顯，這些高熔點的稀土化合物將保持固體狀態與熔渣一起從液體銅中排出，從而達到脫除有害雜質的作用，稀土尤其可以明顯地去除晶界雜質元素，雜質元素去除后增加了 Fe、B等元素的有效量，可大幅度提聞合金的強度；
(3)細化晶粒在合金中添加Mo，熔鑄過程中可明顯細化晶粒，使合金經后續形變熱處理后合金塑性提高；
(4)促進第二相粒子析出在合金中添加Mo后，帶材中析出的第二相粒子(單質鐵)細小、彌散，尺寸大概在5 20nm ;此外，添加Mo后可以提高合金的再結晶溫度，從而改善合金的抗高溫軟化性能，本發明中合金的軟化溫度均在480°C以上，添加適量的混合稀土 Mo，成分范圍控制在0.01 1.5。
在本發明技術方案中，基于主料不純物中硫對工藝及產品的影響，其主料選用I 號電解銅，不純物里要盡可能少地含硫，而且要防止沖壓加工時由于機油污染而混入S，即使少量的S也會使熱軋加工時的變形性能急劇下降，控制S的含量，可以避免熱軋時工件開裂。通常，S的含量必須小于O. 0025wt%，理想值是小于O. 0015wt%。
本發明的用于引線支架的合金制造方法包括如下步驟
(I)首先將I號電解銅在1250 1350°C熔化，加入銅鐵中間合金、銅硼中間合金、鈉單質、鈦單質和混合稀土等熔融后進行小型立式半連續鑄造，利用坯模進行一次冷卻和利用水淋進行二次冷卻，使液相線至380°C的溫度范圍內的冷卻速度在80°C /min以上，在制造過程中控制成分含量Fe為2. O 2. 6wt%、Ti為O. 05 O. lwt%、B為O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(2)鑄坯在900 1000°C的溫度范圍內加熱后，經熱軋壓延使其厚度達到6mm，熱軋壓延的結束溫度為700°C，通過急冷使晶粒尺寸小于50 μ m，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%, Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(3)將熱軋帶材反復進行冷軋壓延使其厚度為1mm，在300°C 600°C的溫度范圍內進行雙級退火，使退火后的壓延帶材的晶粒直徑小于50 μ m，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(4)冷軋壓延使厚度達到O. 5mm，再進行低溫退火，得到帶材成品；在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt%。
本發明的制造工藝中合金原料為I號電解銅、銅鐵中間合金、銅硼中間合金、鈉單質、鈦單質和混合稀土，采用中頻感應爐熔煉。
原料熔化后的鑄造工藝以連續鑄造為最好，半連續鑄造也可。鑄造過程中在液相線至380°C的溫度范圍內，以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，冷卻速度低于80°C /min 時，將會發生元素的偏析，對以后的熱軋加工性帶來不利的影響，并引起生產效率的降低； 控制冷卻速度，優選液相線溫度至380°C的溫度范圍；在380°C以下，鑄造時冷卻時間的長短變化不會發生合金元素的過度偏析。
熔化鑄造后，進行熱加工。熱加工的加熱溫度應在900 1000°C的范圍，如果溫度超過上限溫度，將會發生過熱，并引發熱軋開裂，降低生產效率。在900 1000°C的溫度范圍內進行熱軋加工時，微小偏析及鑄造組織將會消失，在本發明的Fe、Ti、B等元素含量范圍內，能得到組織均勻的軋制帶材，更理想的熱軋加工溫度為950°C左右。熱軋加工后晶粒直徑在50 μ m以下，晶粒直徑大于50 μ m，其后的冷軋加工率、退火的條件范圍就會變窄，使特性劣化。
熱軋加工后，根據需要進行表面切削，其后反復進行冷軋加工和300 600°C的溫度范圍內的退火。采用先高溫后低溫的雙級連續退火，達到控制晶粒尺寸和析出相的目的(晶粒直徑小于50μπι)。溫度低于300°C時，進行組織性能控制所需的時間較長；超過 6000C，短時間內晶粒就會變得粗大。如果退火后的結晶晶粒大于50 μ m,會使抗拉強度等機械特性和加工性能降低。因此使晶粒直徑小于50 μ m,更理想晶粒直徑小于25 μ m。
所得到的退火材料，進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，還進行 420°C以下的低溫退火，得到抗拉強度600MBa以上、硬度180Hv以上、電導率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上的銅鐵合金。冷軋加工率不滿40%時，因加工硬化而產生的強度不夠，不能完全提高機械特性。因此理想的加工率在50%以上。為了進一步提高合金的抗拉強度、硬度、延伸率，尤其電導率等特性，低溫退火工藝十分必要，高于420°C的溫度下，因熱容量過大，使得材料在短時間內發生軟化，并且無論采用間歇式或連續式，都容易產生材料內部的特性不均。因此，低溫退火的條件應在420°C以下。
實施例
如表I所示組成(wt% )的銅鐵合金Ns I 6,
表I
權利要求
1.一種用于引線支架的銅鐵合金制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟 (1)首先將主料及輔料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相線溫度至380°C的溫度范圍內以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，在制造過程中控制合金成分及含量Fe為2. 0 2. 6wt%,Ti 為 0. 05 0. lwt%、B 為 0. 01 0. 03wt%,Na 為 0 0. 05wt%,Mo 為0.01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質； (2)將得到的鑄坯在1000°C以下的加熱溫度進行熱軋壓延，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. 0 2. 6wt %、Ti 為 0. 05 0. Iwt %、B 為 0. 01 0. 03wt %、Na 為 0 0. 05wt %、Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質； (3)將熱軋帶材反復進行冷軋壓延和300°C 600°C雙級連續退火，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. 0 2. 6wt%, Ti 為 0. 05 0. Iwt B 為 0. 01 0. 03wt%, Na 為 0 0.05wt%,Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質； (4)進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，再進行420°C以下的低溫退火，得到帶材成品，在制造過程中控制成分含量Fe為2. 0 2. 6wt%,Ti為0. 05 0. Iwt%、B為0. 01 0. 03wt%,Na為0 0. 05wt%,Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，步驟(I)中的主料為I號電解銅，輔料為銅鐵中間合金、銅硼中間合金、單質鈦、單質鈉和混合稀土。
3.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步驟(2)熱軋壓延加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 V- m。
4.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步驟(3)中冷軋退火加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 u m。
5.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，經步驟(4)制得的銅鐵合金還含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于0. 05wt%。
6.如權利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述銅合金的抗拉強度為600MBa以上、硬度180Hv以上、電導率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上。
全文摘要
本發明公開了一種用于引線支架的銅鐵合金制造方法，包括以下步驟熔融，注入坯模，冷卻；將鑄坯熱軋壓延；將熱軋帶材反復進行冷軋壓延和雙級連續退火；冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40％以上，再進行低溫退火，得到帶材成品，制造過程中控制成分含量Fe2.0～2.6wt％、Ti0.05～0.1wt％、B0.01～0.03wt％、Na0～0.05wt％、Mo0.01～1.5wt％、其余為Cu和雜質。本發明的銅鐵合金合金組織均勻、析出相細小彌散，抗拉強度高、硬度高、電導率高、延伸率高，能較好地滿足電子工業領域對引線框架材料性能的諸多要求。本發明銅鐵合金還具有優良的熱加工性，是生產引線支架等電氣電子部件的最佳材料。
文檔編號C22F1/08GK102978431SQ201210442440
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者葛艷明, 袁志偉 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司