CN112567058A

CN112567058A - 具有优异的强度和导电性的铜合金片材的生产方法及其生产的铜合金片材

Info

Publication number: CN112567058A
Application number: CN202080000796.4A
Authority: CN
Inventors: 黄智仁; 崔荣喆; 车政旻; 朱壮浩
Original assignee: Toyohashi Corp
Current assignee: Toyohashi Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021535953A; CN112567058B; US11535920B2; US20220136089A1; JP7227245B2; KR102021442B1; WO2021020683A1

Abstract

公开了一种铜合金片材的生产方法，其中，所述铜合金片材含有0.5至1.5重量％的镍(Ni)；0.3至1.重量5％的钴(Co)；0.35至0.8重量％的硅(Si)；0.05至0.5重量％的铬(Cr)；余量的铜(Cu)；和不可避免的杂质。此外，公开了利用所述方法生产的铜合金片材。

Description

具有优异的强度和导电性的铜合金片材的生产方法及其生产的铜合金片材

技术领域

本公开涉及一种具有优异的强度、导电性和弯曲成形性的铜合金片材的生产方法，以及由其生产的铜合金片材。

背景技术

近来，构成电子设备的组件(电子组件)已经逐渐减小尺寸和改进。因此，用于组件的片材所需的特性多样化。电子组件中的连接器所需的特性是强度、导电性、弯曲成形性等。铜主要用作满足这些特性的材料。但是，纯铜强度低。因此，有利地使用包含一种或多种元素以增加强度的各种类型的铜合金。

通常用于提高包括铜合金在内的合金强度的硬化方法包括固溶硬化、加工硬化和沉淀硬化等。固溶硬化使合金元素在基体中形成固溶体，从而降低了基体的纯度，从而迅速降低了导电性。加工硬化倾向于增加基体中位错的密度以降低导电性。沉淀硬化可通过沉淀的成核和生长机理提高基体的纯度，同时有效地有助于硬化。作为典型的沉淀硬化铜合金，铜(Cu)-镍(Ni)-硅(Si)基(所谓的Corson基)合金具有优异的弯曲成形性，因此常用于加工性高的组件例如连接器。

但是，近年来，随着电子组件的进一步小型化，要求铜合金片材的薄型化。为了克服由于变薄而引起的电阻增加和承载能力降低，必须提高强度和导电性。此外，为了提高强度，应该增加镍(Ni)的量。但是，如果镍的添加量超过2.6重量％，则难以避免形成沉淀尺寸超过3μm的粗颗粒。由于粗颗粒在弯曲时作为裂纹的引发剂而使弯曲成形性降低，在现有的基于Colson的合金中，难以同时实现强度和弯曲成形性的两个所需特性。

通常，为了解决该问题，提出了一种方法，其中，将钴(Co)或铬(Cr)单独或组合添加至Colson基合金中，然后进行固溶热处理，然后，再进行一次或两次额外的热处理，然后进行最后的冷轧，从而提高合金的强度和导电性。

具体地说，日本专利No.6385383旨在通过在铜合金片材中添加镍(Ni)、硅(Si)、钴(Co)和铬(Cr)来改善性能。但是，此方法可能无法同时实现55.0％IACS以上的电导率和720MPa以上的0.2％屈服强度的强度。

此外，日本专利No.5647703公开了镍(Ni)和钴(Co)的总含量超过3.0质量％，且0.2％屈服强度表现出980MPa以上的优异强度。但是，超过3μm的粗颗粒的形成没有被完全抑制，因此弯曲成形性降低。此外，所得到的铜合金片材的电导率不能达到45％IACS。

此外，在上述文献中，尚未清楚地确定用于促进生产过程中钴(Co)沉淀的工艺机制。此外，在进行长期或多次沉淀热处理之后，进行精轧。因此，合金元素在铜基体中的固溶性迅速降低，因此在精轧中同时获得高强度和优异的导电性都受到限制。

公开

技术问题

本公开的目的是提供一种利用热机械两阶段沉淀生产具有优异的强度和导电性的铜(Cu)-镍(Ni)-钴(Co)-硅(Si)-铬(Cr)合金片材的方法，并提供由此生产的铜合金片材。

技术方案

根据本公开，提出了一种铜合金片材的生产方法，其中，所述铜合金片材包含：0.5至1.5重量％的镍(Ni)；0.3至1.5重量％的钴(Co)；0.35至0.8重量％的硅(Si)；0.05至0.5重量％的铬(Cr)；余量的铜(Cu)；不可避免的杂质，其中，所述方法包括：熔化并铸造组成元素(Ni、Co、Si、Cr和Cu)以形成铸锭；在950至1040℃下热轧所述铸锭；冷却所述热轧的产品；以70％以上的冷轧率冷轧所述冷却的产品以形成铜合金片材；在800至1040℃下对所述片材进行固溶热处理20至60秒；对所述固溶热处理的片材进行热机械双时效处理，其中，所述热机械双时效处理包括：在550至700℃下对所述固溶热处理的片材进行第一次沉淀20至60秒；以10％至50％的冷轧率冷轧所述第一次沉淀的片材；然后在300至550℃下对所述冷轧的片材进行第二次沉淀1至24小时。

镍(Ni)和钴(Co)的含量之和满足以下关系：1.5≤Ni+Co≤2.6，并且镍(Ni)和钴(Co)的含量之比满足以下关系：0.8≤Ni/Co≤1.3。

镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)和铬(Cr)的含量满足以下关系：3.5≤(Ni+Co)/(Si-Cr/3)≤4.5。

所述铜合金片材还包含选自由0.01至0.2重量％的锰(Mn)、0.01至0.2重量％的磷(P)、0.01至0.2重量％的镁(Mg)、0.01至0.2重量％的锡(Sn)、0.01至0.5重量％锌(Zn)和0.01至0.1重量％的锆(Zr)组成的组中的至少一种。

根据本公开，提出了一种利用上述方法生产的铜合金片材，其中所述铜合金片材具有包含α母相和金属间化合物沉淀的微观结构，其中所述金属间化合物沉淀的平均直径为3μm以下。

在平行于其轧制方向的方向上测量的所述铜合金片材的0.2％屈服强度在720MPa至820MPa的范围内，其中所述铜合金片材的电导率在55％IACS至60％IACS的范围内，其中所述铜合金片材在平行于轧制方向和垂直于轧制方向的方向上的90°弯曲成形性为R/t＝0。

技术效果

根据本公开提出的铜合金片材的生造方法可以生产具有优异的强度和导电性以及优异的弯曲成形性的铜合金片材。

附图说明

图1为简要示出根据本公开的生产具有优异的强度和导电性的铜合金片材的方法的流程图。

图2为示出具有实施例1的组成的铜合金片材的生产过程中基于温度的相分数图。

图3为示出具有实施例1的组成的铜合金片材的生产过程中，可以应用于第一次和第二次沉淀热处理的，基于温度变化的Ni-Co-Si沉淀的各元素的摩尔分数图。

图4是示出具有比较例8的组成的铜合金板材的生产过程中，可以应用于第一次和第二次沉淀热处理的，基于温度变化的Ni-Co-Si沉淀的各元素的摩尔分数图。

最佳模式

根据本公开，提出了一种铜合金片材的生产方法，其中所述铜合金片材包含以下组成元素：0.5至1.5重量％的镍(Ni)；0.3至1.5重量％的钴(Co)；0.35至0.8重量％的硅(Si)；0.05至0.5重量％的铬(Cr)；余量的铜(Cu)；不可避免的杂质，其中，所述方法包括：熔化并铸造组成元素(Ni、Co、Si、Cr和Cu)以形成铸锭；在950至1040℃下热轧所述铸锭；冷却所述热轧的产品；以70％以上的冷轧率冷轧所述冷却的产品以形成铜合金片材；在800至1040℃下对所述片材进行固溶热处理20至60秒；对所述固溶热处理的片材进行热机械双时效处理，其中所述热机械双时效处理包括：在550至700℃下对所述固溶热处理的片材进行第一次沉淀20至60秒；以10％至50％的冷轧率冷轧所述第一次沉淀的片材；然后在300至550℃下对所述冷轧的片材进行第二次沉淀1至24小时。

首先，将详细描述根据本公开的铜合金片材的组成元素的组成范围。在对本公开的组成元素的组成范围的描述中，除非另有说明，表示各组成元素含量的％是指重量％。

(1)镍(Ni)

根据本公开的镍(Ni)的含量在0.5至1.5重量％的范围内。镍(Ni)是固溶硬化元素，是与硅(Si)形成金属间化合物的沉淀硬化元素。当镍(Ni)含量小于0.5％时，难以确保强度。当含量超过1.5％时，难以增加导电性。

(2)钴(Co)

钴(Co)的含量在0.3％至1.5％的范围内。与硅(Si)和镍(Ni)相比，钴(Co)形成大量的细金属间化合物，并且具有出色的沉淀硬化效果。当钴(Co)含量小于0.3％时，难以确保所得的铜合金的强度。当钴(Co)含量超过1.5％时，固溶热处理温度范围减小，因此有可能形成粗金属间化合物并显着降低沉淀硬化效果。

(3)硅(Si)

硅(Si)的含量在0.35％至0.8％的范围内。硅(Si)在固溶状态下具有非常大的加工硬化效果。此外，硅(Si)与镍(Ni)和钴(Co)形成金属间化合物，进而促进沉淀硬化。当硅(Si)含量小于0.35％时，金属间化合物的比例可能降低，因此沉淀硬化效果可能不明显。当硅(Si)含量超过0.8％时，则难以确保导电性，并且Si在表面上形成氧化膜，从而降低了冲压性。

(4)铬(Cr)

铬(Cr)的含量在0.05至0.5％的范围内。由于铬(Cr)可使硅和金属间化合物在980℃以下的范围内沉淀，在热轧过程中可能在晶界形成细金属间化合物，从而使晶粒尺寸最小化。这可以防止晶界裂纹(见图2)。此外，铬(Cr)可能有助于金属间化合物的沉淀硬化，尤其是在700℃以下进行热处理时。然而，当铬(Cr)含量小于0.05％时，在热轧过程中可能显示出防裂效果，但是硬化效果可能显着降低。因此，没有达到添加目的。相反，当铬(Cr)含量超过0.5％时，Cr不能在所有温度区域中都在铜(Cu)基体中完全形成固溶体，因此可形成微米尺寸的粗金属间化合物。如此形成的粗金属间化合物可能导致微观结构不均匀，从而降低冲压性和弯曲成形性。此外，粗金属间化合物倾向于吸收铬(Cr)、钴(Co)和镍(Ni)，并因此在沉淀热处理期间生长，从而减少了细小沉淀的形成，这导致沉淀硬化效果降低。

在这方面，可以参考图2来确认，其是示出根据本公开的组合物(实施例1)中基于温度的相分数的图，Cr-Si沉淀的相分数在低于1000℃即约980℃的温度下开始增加，在低于700℃的温度下约0.002mol的Cr-Si沉淀形成。

(5)镍和钴的含量之和(Ni+Co)

镍(Ni)和钴(Co)是与硅(Si)形成金属间化合物的主要元素。0.2％屈服强度值趋于随其之和的增加而增加。但是，当镍(Ni)和钴(Co)的含量之和小于1.5％时，很难满足0.2％屈服强度的目标。相反，当镍(Ni)和钴(Co)的含量之和超过2.6％时，必须将完成固溶热处理的温度提高到的1030℃以上，其接近铜的熔点。因此，该元素可能在热轧过程中熔化。因此，镍和钴的总量(Ni+Co)优选在1.5至2.6％的范围内。

(6)镍和钴含量之比(Ni/Co)

在根据本公开的铜合金中，可以基于镍和钴的含量之比(Ni/Co)来控制金属间化合物的沉淀温度范围。镍和钴的含量之比(Ni/Co)在0.8至1.3的范围内。

当镍和钴的含量之比(Ni/Co)小于0.8时，沉淀速率变得太快，因此难以控制达到目标性能的条件。当镍和钴的含量之比(Ni/Co)超过1.3时，可能不会发生包含钴(Co)作为主要成分的金属间化合物的沉淀，因此难以确保55％IACS以上的电导率。

(7)镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)和铬(Cr)的含量之间的关系

在根据本公开的铜合金片材中，镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)和铬(Cr)的含量之间的关系如下：3.5≤(Ni+Co)/(Si-Cr/3)≤4.5。

当(Ni+Co)/(Si-Cr/3)的值小于3.5时，Si的含量过高，容易获得高强度，而导电性显着降低。此外，在铸造过程中可能会在表面形成氧化硅，从而在热轧过程中产生裂纹。当(Ni+Co)/(Si-Cr/3)的值超过4.5时，难以确保50％IACS以上的电导率。

(8)其他元素

在一个实例中，可以根据需要将锰(Mn)、磷(P)、镁(Mg)、锡(Sn)、锌(Zn)和锆(Zr)中的至少一种作为任选的其他元素添加至合金中。

锰(Mn)的含量可以为0.01至0.2％。锰(Mn)对铜合金可能具有固溶硬化作用。此外，当向合金中添加磷(P)时，可能在晶界形成细Mn-P金属间化合物，从而抑制了热轧过程中的裂纹。但是，当Mn的含量小于0.01％时，可能无法预期这种效果。当Mn含量超过0.2％时，电导率可能显着降低，并且在铸造过程中可能形成粗的锰氧化物，从而在铸造过程中引起裂纹。

当添加P时，磷(P)的含量在0.01到0.2％的范围内。当向合金中添加适量的磷(P)时，P可能与熔融金属中的氧反应形成细氧化物，从而达到减小铸件纹理尺寸的效果。此外，P可降低铜合金铸锭中的氧含量，从而获得抑制氢引起的裂纹的效果。但是，若添加的磷(P)的含量小于0.01％，则难以期待这样的效果。相反，当P的含量超过0.2％时，则过量的P会迅速降低合金的熔点，从而引起共晶反应形成诸如Co-P和Ni-P之类的磷化物，从而降低了基体中钴(Co)和镍(Ni)的含量，并抑制了Co-Ni-Si金属间化合物引起的沉淀硬化效果。因此，磷(P)的含量在0.01至0.2％的范围内。

当将Mg添加到合金中时，镁(Mg)的含量在0.01至0.2％的范围内。镁(Mg)与硅(Si)形成金属间化合物，从而进一步提高了合金的硬度和导电性。当Mg的添加量小于0.01％时，该效果不明显。当Mg的含量超过0.2％时，存在弯曲成形性降低的风险。因此，镁(Mg)的含量在0.01至0.2％的范围内。

当将Sn添加到合金中时，锡(Sn)的含量在0.01至0.2％的范围内。可以添加锡(Sn)作为固溶硬化元素。当Sn的含量小于0.01％时，难以期待这样的效果。当Sn的含量超过0.2％时，难以确保55％IACS以上的电导率。

当将Zn添加到合金中时，锌(Zn)的含量在0.01％至0.5％的范围内。锌(Zn)可以作为固溶硬化元素并提高耐蚀性。当Zn的含量小于0.01％时，几乎没有硬化效果。当其含量超过0.5％时，导电性可能降低。

当将Zr添加到合金中时，锆(Zr)的含量在0.01％到0.1％的范围内。锆(Zr)可能不会降低导电性并且可能具有与磷(P)相似的作用。也就是说，Zr改善了铸件的质地并降低了氧含量。当其含量小于0.01％时，这种效果可能降低。当Zr的含量超过0.1％时，Zr与钴(Co)和镍(Ni)反应形成粗金属间化合物。

这些其他元素之和最高为1.0％。如果这些其他元素之和超过1.0％时，则最终得到的铜合金板材的强度或导电性显着降低，因此不优选。

(8)铜和不可避免的杂质

根据本公开的铜合金片材，除了上述成分以外，还含有余量的铜(Cu)和不可避免的杂质。不可避免的杂质是指铅(Pb)、砷(Sb)、碳(C)和氯(Cl)，其不可避免地包含在铜合金片材的原料中或在热处理和轧制过程中引入。由于不可避免的杂质的含量控制在0.05％以下，因此对最终获得的铜合金片材的影响可以忽略不计。

接下来，参照图1说明根据本公开的铜合金片材的生产方法。

首先，如上所述，添加本公开的铜合金片材的组成元素并使其熔化。熔融金属经过铸造工艺形成铸锭。在熔化步骤中，可以将原始材料在1200至1300℃下加热，以使原料完全熔化。当熔化温度太低时，熔融金属的流动性可能会变差。相反，当熔化温度太高时，会发生诸如铬(Cr)和钴(Co)的高氧化性元素的氧化，从而使得到具有所需组成的铜合金变得困难。铸造步骤后，优选在700℃以上的温度范围内以20℃/s以下的速率缓慢冷却所述铸锭。这是因为，在铸造步骤后立即进行快速冷却时，由于铸锭的表面和内部的温度之间的差异，可能会发生体积变化，从而引起铸锭破裂。

随后，在950至1040℃下热轧所述铸锭。当在低于950℃的温度下进行热轧时，金属间化合物可能在晶界中沉淀并因此发生裂纹。当在超过1040℃的温度下进行热轧时，在铸造时最终的凝固点可能会熔化，从而引起红脆性。

随后，冷却通过热轧获得的片材。可以以10至50℃/s的速率执行冷却至低于300℃的温度。当热轧后的冷却速率小于10℃/s时，金属间化合物大量析出，因此在固溶热处理中元素的固溶性可能降低，最终降低铜合金片材的强度。当冷却速率超过50℃/s时，则金属间化合物少量析出，因此在固溶体热处理中，难以得到其背面的非晶面主要为{200}的立方结构。因此，弯曲成形性可能变差。

随后，将冷却后的带状铜合金以70％以上的冷轧率冷轧。当冷轧率低于70％时，在固溶热处理中很难获得所需的性能，这将在后面描述，并且难以确保最终产品的目标厚度。

随后，在800至1040℃的温度条件下对冷轧的片材进行固溶热处理20至60秒。当固溶热处理温度低于800℃时，沉淀热处理期间容易确保导电性，而强度往往较低。当固溶体热处理温度超过1040℃时，可能会出现相反的趋势。即，容易确保强度，但容易降低导电性。当固溶热处理时间小于20秒时，由于冷轧结构不能完全消失，因此弯曲成形性降低。当时间大于60秒时，由于晶粒粗化而难以形成沉淀，因此难以确保导电性和强度。

对固溶热处理的片材进行热机械双时效处理(TMDA)。TMDA工艺是指进行第一次沉淀热处理、冷轧和第二次沉淀热处理的一系列工艺，从而有效地获得最终获得的铜合金板材的导电性和0.2％屈服强度。

由于TMDA工艺需要两次沉淀热处理工艺，因此TMDA工艺通常没有引入铜合金片材的生产工艺中。这是因为，为了进行铜合金的沉淀热处理，需要花费数小时至数天来使设备运转，因此，在成本和生产率方面，进行两次以上的沉淀热处理是非常不利的。然而，根据本公开，在控制第一次沉淀热处理温度同时控制合金元素的含量的条件下执行第一次沉淀热处理，同时将第一次沉淀热处理时间设置为持续小于60秒的短时间，因此可以确保价格竞争力和生产率。含量和工艺条件的复杂控制从未以传统方式公开过。

在根据本公开的生产方法中，在TMDA工艺的第一次沉淀热处理中，在550至700℃下对在先前步骤中获得的产物进行热处理20至60秒。在第一次沉淀热处理期间沉淀的金属间化合物不会以分离方式沉淀为Co-Si和Ni-Si，而是以混合方式以Ni-Co-Si的形式沉淀。化合物的组分的百分比可根据沉淀温度范围和Ni和Co的含量之比(Ni/Co)而变化。这通过如下所述的图3和图4中公开的摩尔分数的热力学计算来确认。

当第一次沉淀热处理的温度和时间不足时，在第一次沉淀热处理过程中主要含钴(Co)的Ni-Co-Si沉淀的形成不足，因此难以确保最终片材的导电性。相反，当第一次沉淀热处理的温度和时间分别太高和太长时，基体中合金元素的量很少，因此冷轧时的强度增加量显着降低，因此在第二次沉淀热处理期间可能会出现粗大的沉淀析出，因此最终片材的0.2％屈服强度不可能超过720MPa。

随后，以10至50％的冷轧率对第一次沉淀热处理的片材进行冷轧。当以小于10％的冷轧率进行冷轧时，难以期望有效强度的增加。当以大于50％的冷轧率进行冷轧时，0.2％屈服强度在850MPa以上会表现出非常好的强度，但是弯曲成形性显着降低。此外，第二次沉淀热处理时间太长。当第二次沉淀热处理时间太长时，存在操作设备所需的成本增加并且因此生产率降低的缺点。

随后，在300至550℃下对冷轧的片材进行第二次沉淀热处理1至24小时。就此而言，达到最大硬度的温度可以根据TMDA工艺中的冷轧冷还原速率而变化。当TMDA工艺中的冷还原率接近50％时，第二次沉淀热处理应接近300℃以达到最大硬度。就此而言，相应的所需热处理时间为数十小时。相反，当冷还原率接近10％时，第二次热处理应在相对较高的温度下进行，而第二次沉淀热处理的时间应较短，例如几个小时。当在不同的第二次沉淀处理温度下获得的两种片材的导电性具有相似的水平时，在较低的第二次沉淀处理温度下获得的片材的0.2％屈服强度相对较高。然而，当在上述条件范围内进行第二次沉淀热处理时，可以实现最新的铜合金片材所需的强度和导电性之间的平衡。

因此，可以通过严格控制如上所述的TMDA工艺的第一次沉淀热处理、冷轧和第二次沉淀热处理的工艺条件来获得具有期望的物理性质的片材。

关于TMDA工艺，图3是示出基于实施例1的组成(Ni/Co＝1.22)的第一次和第二次沉淀热处理温度的Ni-Co-Si沉淀中的每种元素的摩尔分数图。就这一点而言，本发明人基于热力学实验已经确定，摩尔分数围绕其变化的参考温度为550℃至700℃的温度范围，取决于Ni/Co比。如图3所示，对于实施例1的组合物，以630℃为参考温度。在图3中，当沉淀温度高于约630℃时，形成主要包含Co的Ni-Co-Si沉淀。当沉淀温度低于约630℃时，Co与Ni的含量之比颠倒，从而形成主要包含Ni的Ni-Co-Si沉淀。因此，可以确定优选在约550℃以下的温度下进行TDMA工艺，以便容易地形成具有增加的Ni摩尔分数的Ni-Co-Si沉淀。即，可以看出，可以同时确保具有不同元素组成比的沉淀，从而有助于强度和导电性的提高。根据本公开，为了通过热力学计算和设计达到本公开的目的，将第一次沉淀热处理配置为在其中可以从Ni-Co-Si沉淀中获得主要包含钴(Co)的沉淀的温度范围内进行。然后，将第二次沉淀热处理配置为在其中可以从Ni-Co-Si沉淀中获得主要包含镍(Ni)的沉淀的温度范围内进行。

在一个实施例中，当镍和钴的含量之比(Ni/Co)超出根据本公开所定义的上述范围时，即使根据本公开建议的TMDA工艺条件进行沉淀热处理，也可能无法实现根据本公开要实现的铜合金片材的目标性能。例如，图4是示出基于比较例8的组合物(Ni/Co重量比0.54)的第一次和第二次沉淀热处理温度的Ni-Co-Si沉淀中的每种元素的摩尔分数图。基于图4可确认，无论沉淀热处理温度如何，均形成主要包含钴(Co)的Ni-Co-Si。因此，在这种情况下，即使进行第二次沉淀热处理，Ni沉淀可能也不会发生。因此，主要包含Co的Ni-Co-Si沉淀过度生长，导致强度急剧下降。

此外，当需要时，可以选择并组合如冷轧、均质热处理、软化热处理、表面清洁(酸洗和抛光)、拉伸退火和拉伸平整的工艺，如在锻铜厂中进行的。

此外，根据片材的最终用途，可以添加诸如镀覆、压印和蚀刻的工艺。

在一个实施例中，根据本公开公开的生产方法生产的铜合金片材的微观结构包含α母相和金属间化合物颗粒。金属间化合物颗粒的平均直径为3μm以下。当金属间化合物颗粒的平均直径超过3μm时，该颗粒充当弯曲过程中的应力集中点，这可能是破裂的原因。

根据本公开生产的铜合金片材具有在平行于其轧制方向的方向上测量的720MPa至820MPa的0.2％屈服强度，并且具有55％IACS至60％IACS的电导率，并且具有在平行于轧制方向和垂直于轧制方向的方向上的90°弯曲成形性是R/t＝0的特性。如上所述的强度、导电性和弯曲成形性的特性在现有技术中可能无法同时实现，而应同时实现，以使得铜合金片材可用于当今电气和电子领域中的小型电子产品的部件。具有所有这些特性的铜合金片材可以具有优异的效果，特别是对于电子部件。

具体地，根据本公开生产的铜合金片材的强度得以提高。例如，当将该片材用于电子部件模块中的支撑体时，可以支撑在其上的半导体芯片的数量可能会增加。此外，因为片材具有优异的导电性，所以该片材可以用于大电流传输部件。另外，根据本公开生产的铜合金片材可以应用于在设计部件时需要优异的弯曲成形性的电子部件，例如开关和连接器。另外，根据本公开生产的铜合金片材可以应用于需要结合上述特性的USB端子、移动SIM插座等。

随后，基于实施例更详细地描述本公开。实施例旨在帮助理解本公开，但不旨在限制本公开。

实施例

实施例1-10

将基于下表1中所示的实施例1的组成的组成元素在大气下熔化并铸造以生产铜合金铸锭，然后在加热炉中将所述铸锭在1000℃下加热1小时，然后热轧形成片材。以98％的冷轧率对热轧的铜合金片材进行冷轧，从而制造出0.2mm厚的片材。从而，在950℃下对所述片材进行固溶热处理30秒。随后，在室温下使用水浴对所得产物进行水淬。

此后，产品在640℃下进行第一次沉淀热处理30秒，作为TMDA工艺的第一步，然后在室温下使用水浴进行水冷。通过冷轧以25％的冷轧率生产出具有0.15mm厚度的片材。最后，在380℃下进行第二次沉淀热处理12小时。将获得的铜合金片材切成两块，每块的宽度为60毫米，长度为300毫米，依次用作样品。

基于表1中组成元素的组成和表2中的工艺条件，以与实施例1类似的方式生产根据实施例2-10的样品。

比较例1-18

基于表1中组成元素的组成和表2中的工艺条件，以与实施例1类似的方式生产比较例1至18的样品。

表1

具体的工艺条件示于下表2中。

表2

实验实施例

评价了根据实施例和比较例生产的铜合金片材的样品的特性。

为了评估强度，根据拉伸试验(ISO 6892)对样品进行了重新加工，然后进行了试验。

此外，为了研究导电性，使用来自Forester公司的电导率仪(Sigmatest 2.069)测量样品的电导率。

此外，为了测量金属间化合物颗粒的尺寸，使用JEOL公司的扫描电子显微镜观察了微观结构。当发现平均直径大于3μm的颗粒时，标记为O，而没有时，标记为X。

在弯曲成形性试验(JIS H 3130)中，以弯曲轴与轧制方向相同的方向(不良的方式)进行W弯曲试验。当弯曲部分的半径(R)与厚度(t)之比为0(即90°R/t＝0)时，不产生裂纹。在这种情况下，标记为O。当发生裂纹时，标记为X。

特性评价的测量结果示于下表3中。

表3

如表3所示，在根据实施例1至9获得的铜合金片材中，金属间化合物的尺寸不超过3μm，电导率大于55％IACS，并且0.2％屈服强度大于720MPa。此外，90°弯曲成形性具有R/t＝0，因此，片材可以用于具有弯曲部分的电子部件，例如连接器。

然而，在比较例1中，热轧温度非常低，因此沿晶界引起侧裂。因此，不能进行热轧后的处理。

在比较例2中，固溶热处理温度低，为750℃，由于少量的过饱和Co和Ni原子，在沉淀热处理过程中可能形成大量细金属间化合物颗粒。可能无法确保720MPa的0.2％屈服强度。

在比较例3中，热机械双时效处理中的第一次沉淀热处理温度为500℃的较低温度。结果，发现电导率为55％IACS以下。这是因为没有在可能发生Co沉淀的温度范围内进行沉淀热处理。

在比较例4中，在第一次和第二次沉淀热处理之间没有发生冷轧。第二次沉淀热处理后，以25％的冷轧率进行精轧。结果，无法同时获得55％IASC的电导率和720MPa的0.2％屈服强度。这是因为在第二次沉淀热处理之后，基体上固溶体形成的原子数显着减少，使得经由冷轧的加工硬化无效。

在比较例5和比较例6中，(Ni+Co)/(Si-Cr/3)值超过了根据本公开提出的范围。因此，没有发生有效的金属间化合物的形成，并且因此，Ni和Co作为基体中的残留物存在，从而不能确保目标电导率。

在比较例7中，(Ni+Co)/(Si-Cr/3)值为3.04，其小于根据本公开提出的范围。结果，未能与Ni和Co结合而形成Ni-Co-Si的Si作为残留物残留，从而降低了导电性。

在比较例8中，Ni/Co比小于本公开中提出的范围。因此，含有大量Co的Ni-Co-Si金属间化合物的沉淀速率变得太高。因此，可以确保导电性。然而，难以细化沉淀物，使得强度迅速降低。

在比较例9中，Ni和Co的含量之和小于本公开中所建议的范围。因此，未形成粗金属间化合物，因此导电性相对较高。然而，未形成大量的细金属间化合物，因此不满足720MPa的0.2％屈服强度。

在比较例10中，Ni/Co比超过了本公开所建议的范围。当Ni含量增加时，形成具有高Co含量的Ni-Co-Si化合物的沉淀温度升高，从而通过第一次沉淀热处理使Co沉淀变得困难，因此导电性降低。

在比较例11至比较例16中，每个组成元素的含量超过根据本公开定义的范围，导致导电性差，或者由于形成粗金属间化合物而导致弯曲成形性降低。

在比较例17中，合金的Cr含量超过根据本公开所定义的范围。因此，导电性低，弯曲成形性降低。

在比较例18中，将Cr作为本公开中提出的必需元素添加到合金中。因此，由于基体纯度的提高，容易确保导电性。但是，不能实现720MPa的0.2％屈服强度。

Claims

1.一种铜合金片材的生产方法，其中所述铜合金片材包含以下组成元素：

0.5至1.5重量％的镍(Ni)；

0.3至1.5重量％的钴(Co)；

0.35至0.8重量％的硅(Si)；

0.05至0.5重量％的铬(Cr)；

余量的铜(Cu)；和

不可避免的杂质，

其中，所述方法包括：

熔化并铸造上述组成元素以形成铸锭；

在950至1040℃下热轧所述铸锭；

冷却所述热轧的产品；

以70％以上的冷轧率冷轧所述冷却的产品以形成铜合金片材；

在800至1040℃下对所述片材进行固溶热处理20至60秒；和

对所述固溶热处理的片材进行热机械双时效处理；

其中，所述热机械双时效处理包括：

在550至700℃下对所述固溶热处理的片材进行第一次沉淀20至60秒；

以10％至50％的冷轧率冷轧所述第一次沉淀的片材；和

在300至550℃下对所述冷轧的片材进行第二次沉淀1至24小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，镍(Ni)和钴(Co)的含量之和满足以下关系：1.5≤Ni+Co≤2.6，并且其中，镍(Ni)和钴(Co)的含量之比满足以下关系：0.8≤Ni/Co≤1.3。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)和铬(Cr)的含量满足以下关系：3.5≤(Ni+Co)/(Si-Cr/3)≤4.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铜合金片材还包含选自由0.01至0.2重量％的锰(Mn)、0.01至0.2重量％的磷(P)、0.01至0.2重量％的镁(Mg)、0.01至0.2重量％的锡(Sn)、0.01至0.5重量％锌(Zn)和0.01至0.1重量％的锆(Zr)组成的组中的至少一种。

5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的方法生产的铜合金片材，其中所述铜合金片材具有包含α母相和金属间化合物沉淀的微观结构，其中所述金属间化合物沉淀的平均直径为3μm以下。

6.根据权利要求5所述的铜合金片材，其中，在平行于其轧制方向的方向上测量的所述铜合金片材的0.2％屈服强度在720MPa至820MPa的范围内，其中所述铜合金片材的电导率在55％IACS至60％IACS的范围内，其中所述铜合金片材在平行于轧制方向和垂直于轧制方向的方向上的90°弯曲成形性为R/t＝0。