CN102851534A - 一种电子材料用稀土铜合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子材料用稀土铜合金，是由以下重量百分比的组分制成：镍0.9～5.0％、硅0.15～1.7％、镁0.01～0.5％、锌0.01～2％、稀土元素0.02～0.15％，余量为铜及不可避免的杂质，所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。本发明的电子材料用稀土铜合金是在是在传统的CuNiSi合金基础上，加入微量的镁、锌以及铱、铈、镧稀土元素，并调整了铜合金中各元素的百分含量，使微量稀土元素和镁、锌产生协同作用，同时改善铜合金的强度和导电性性能，抗拉强度达到550～900MPa、电导率达到35～79％IACS、延伸率达到5％以上，能较好地满足电子材料用铜合金的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子材料用稀土铜合金，属于铜合金材料技术领域。
背景技术
铜及其合金由于具有良好的导电导热、耐蚀、强度、疲劳以及易于制造等特点，在电子、电力、机械以及航天航空等领域得到了广泛的应用，成为重要的电气电子材料。随着近年来电气电子设备向小型化、轻量化发展，对于电气电子用材料的性能有了更高的性能要求，如具有好的强度、导电性、弯曲加工性、耐应力松弛性、耐磨性、耐高温性能等。然而对于铜合金，高强度和高导电性、高强度和良好的弯曲加工性等是一对相互矛盾的特性。因此迫切需要开发一种新型的高性能铜合金材料。
目前世界各国都在积极开发综合性能优异的铜合金，也申请了许多专利，如：US1658186，1778668，2185958，2137282，3027508，4466939，JP213847/83等等。这些专利就Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系及Cu-Cr-Zr系等合金成分，制备方法和对某一特殊性能的改进提出的新的技术方案。中国专利申请号200810230786.0，公开了一种高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺，其Ni含量为7％、Si含量1.8％、Zn含量0.4％、Mg含量0.3％，采用其所述的加工工艺，其强度能够达到600～700MPa，导电率达到25～30％IACS。但是铜合金的强度和导电率都有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度和导电率高的电子材料用稀土铜合金。
本发明的另一目的是提供一种电子材料用稀土铜合金的制备方法。
为了实现以上目的，本发明电子材料用稀土铜合金所采用的技术方案是：一种电子材料用稀土铜合金，是由以下重量百分比的组分制成：镍0.9～5.0％、硅0.15～1.7％、镁0.01～0.5％、锌0.01～2％、稀土元素0.02～0.15％，余量为铜及不可避免的杂质，所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。
本发明电子材料用稀土铜合金的优选方案为：镍1.8～4.5％、硅0.45～1.1％、镁0.06～0.11％、锌0.06～0.8％、稀土元素0.05～0.10％，余量为铜及不可避免的杂质。
所述Ni与Si的重量比为3～6∶1。
本发明的电子材料用稀土铜合金，加入的Ni、Si析出产生第二相Ni2Si产生强化效果，采用适当的Ni、Si含量保证合金在时效后，铜基体中残留较少的合金元素，使合金获得相对较高的导电性能；加入的Mg元素非常活泼，适量添加具有除氧、净化熔体的作用，同时还能大幅提高材料的耐应力松弛性能，但由于Mg在Cu中固溶度比较高，对导电性影响较大，且太多对材料的弯曲加工性影响较大，确定其添加量在0.01～0.5wt％的范围；加入的Zn有利于改善材料的弯曲加工性，同时还可以改善电子材料镀Sn的粘附性及耐电迁移性等，同时考虑其对材料导电性的影响，确定其添加量在0.01～2wt％的范围；加入的稀土元素铱具有很好的活性，具有不同稀土元素的除残余氧、净化熔体、利于精炼、除气和微合金化作用，还能够显著的提高镁和锌在铜合金中的作用，显著的提高改善合金的导电性、拉伸强度和抗高温软化性能，同时在加入铱的同时还可以加入铈和/或镧，提高除残余氧、净化熔体、利于精炼、除气和微合金化的作用。
本发明的电子材料用稀土铜合金是在是在传统的CuNiSi合金基础上，加入微量的镁、锌以及铱、铈、镧稀土元素，并调整了铜合金中各元素的百分含量，使微量稀土元素和镁、锌产生协同作用，同时改善铜合金的强度和导电性性能，抗拉强度达到550～900MPa、电导率达到35～79％IACS、延伸率达到5％以上，能较好地满足电子材料用铜合金的性能需求。
本发明的电子材料用稀土铜合金可以采用常规方法制备，以下给出稀土铜合金的制备方法予以说明：按照配方量取各组分进行配料，1200～1350℃熔炼形成铸锭；温度850～950℃的热锻，变形量70～85％；850～1080℃的固溶处理0.5～1h，轧制率在0～70％的中间冷轧；400～550℃的时效处理，以及轧制率在30～70％的冷轧变形；冷轧后200～400℃的去应力退火处理0.5～1.5h。
具体实施方式
实施例1
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：1.8％镍、0.45％硅、0.06％镁、0.06％锌、0.05％铱，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，在1250℃下进行熔炼，形成铸锭；对铸锭进行热锻，温度860℃，变形量70％；在箱式电阻炉中进行900℃×1h的固溶处理，而后进行变形量为60％的预冷轧。为了保证合金具有高的综合性能，进行多次的时效处理和冷轧变形相结合。本实施例的时效处理为三次，第一次时效温度为450℃×1h，冷轧变形量为50％；第二次时效处理温度为430℃×2h，冷轧变形量为60％；第三次时效温度为400℃×2.5h。进行最终60％的冷轧变形处理，再经250℃×1h的去应力退火处理。得到综合性能较好的稀土铜合金材料，其抗拉强度达到730MPa、电导率达到69％IACS、延伸率达到10％。
实施例2
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：4.8％镍、1.4％硅、0.3％镁、1.5％锌、0.06％铱、0.06％铈，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼熔炼温度1350℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度880℃，变形量75％；进行930℃×1h的固溶处理，而后进行变形量为40％的预冷轧。为了保证合金具有高的综合性能，进行多次的时效处理和冷轧变形相结合。本实施例的时效处理为三次，第一次时效温度为480℃×1h，冷轧变形量为40％；第二次时效处理温度为460℃×1h，冷轧变形量为40％；第三次时效温度为440℃×1.2h。进行最终40％的冷轧变形，再经350℃×1.5h的去应力退火处理。其抗拉强度达到880MPa、电导率达到37％IACS、延伸率达到7.5％。
实施例3
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：1.0％镍、0.18％硅、0.04％镁、0.03％锌、0.02％铱、0.02％镧，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1200℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度910℃，变形量80％；进行860℃×0.5h的固溶处理；而后进行变形量30％的预冷轧。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为500℃×0.5h，冷轧变形量为40％；第二次时效温度为450℃×1h，冷轧变形量为60％；第三次时效温度为400℃×2h。对多次时效材料进行最终的60％冷轧变形，再经300℃×0.5h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到720MPa、电导率达到78％IACS、延伸率达到12％。
实施例4
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：2.5％镍、0.58％硅、0.11％镁、0.4％锌、0.05％铱、0.03％镧，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1250℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度900℃，变形量70％；进行950℃×0.5h固溶处理；而后进行变形量40％的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为480℃×1h，冷轧变形量为40％；第二次时效温度为460℃×1h，冷轧变形量为60％；第三次时效温度为440℃×1h。对多次时效材料进行最终的70％冷轧变形，再经250℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到770MPa、电导率达到61％IACS、延伸率达到9％。
实施例5
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：2.5％镍、0.56％硅、0.08％镁、0.4％锌、0.03％铱、0.04％铈，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1250℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度900℃，变形量80％；进行950℃×1h固溶处理；而后进行变形量60％的预冷轧处理。对预冷轧材料进行两次时效和冷轧。第一次时效温度为460℃×1.5h，变形量为50％的冷轧处理；第二次时效温度为440℃×2h。对多次时效的材料进行最终的50％冷轧变形，再经350℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到710MPa、电导率达到58％IACS、延伸率达到10％。
实施例6
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：3.6％镍、0.8％硅、0.08％镁、0.4％锌、0.02％铱、0.03％铈、0.04％镧，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1300℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度930℃，变形量为80％；进行980℃×1h固溶处理；而后进行变形量为30％的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为480℃×2h，冷轧变形量为45％；第二次时效温度为460℃×1.5h，冷轧变形量为50％；第三次时效温度为440℃×1h。对多次时效材料进行最终的60％冷轧变形，再经400℃×0.5h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到820MPa、电导率达到50％IACS、延伸率达到8％。
实施例7
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：3.6％镍、0.8％硅、0.08％镁、0.5％锌、0.05％铱，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1300℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度910℃，变形量80％；进行960℃×1h的固溶处理；而后进行变形量30％的预冷轧。对预冷轧材料进行两次时效和冷轧。第一次时效温度为520℃×1h，冷轧变形量为40％；第二次时效温度为480℃×1h。对多次时效材料进行最终的70％冷轧变形，再经250℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到810MPa、电导率达到48％IACS、延伸率达到9.5％。
实施例8
本实施例的电子材料用稀土铜合金是由以下重量百分比的组分制成：4.5％镍、1.1％硅、0.08％镁、0.8％锌、0.04％铱、0.03％铈、0.03％镧，其余为铜和不可避免的杂质。
本实施例的制备方法是：按照上述重量百分比称取原料熔炼，熔炼温度1350℃，形成铸锭；对铸锭热锻，温度930℃，变形量75％；进行1050℃×1h固溶处理；而后进行变形量25％的预冷轧处理。对预冷轧材料进行三次时效和冷轧。第一次时效温度为490℃×2.5h，冷轧变形量为35％；第二次时效温度为470℃×1h，冷轧变形量为40％；第三次时效温度为450℃×1h。对多次时效材料进行最终的65％冷轧变形，再经400℃×1h的去应力退火处理。即得到电子材料用铜合金材料，其抗拉强度达到880MPa、电导率达到41％IACS、延伸率达到7％。
对比例1
本对比例的电子材料用稀土铜合金以及制备与实施例1相同，区别仅在于合金元素中不加入铱元素。最终得到的电子材料用稀土铜合金的抗拉强度为650MPa、电导率为65％IACS、延伸率为9％。
对比例2
本对比例的电子材料用稀土铜合金以及制备与实施例8相同，区别仅在于合金元素中不加入铱元素，同时将铈和镧的含量分别提高至0.05％，保持总稀土含量不变。最终得到的电子材料用稀土铜合金的抗拉强度为800MPa、电导率为36％IACS、延伸率为6％。
Claims (3)
1.一种电子材料用稀土铜合金，其特征在于：是由以下重量百分比的组分制成：镍0.9～5.0％、硅0.15～1.7％、镁0.01～0.5％、锌0.01～2％、稀土元素0.02～0.15％，余量为铜及不可避免的杂质，所述的稀土元素为铱、铱和铈、铱和镧、或者铱和铈和镧。
2.根据权利要求1所述的电子材料用稀土铜合金，其特征在于：是由以下重量百分比的组分制成：镍1.8～4.5％、硅0.45～11％、镁0.06～0.11％、锌0.06～0.8％、稀土元素0.05～0.10％，余量为铜及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的电子材料用稀土铜合金，其特征在于：所述Ni与Si的重量比为3～6∶1。
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