高強(qiáng)高彈高導(dǎo)銅合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高強(qiáng)高彈高導(dǎo)銅合金領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異屈服強(qiáng)度、高導(dǎo)電 率和高彈性的銅合金，其板帶產(chǎn)品主要應(yīng)用于電子接插件、引線框架等。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子接插件又稱電子連接器，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)，其功能是將一個回路上的兩 個導(dǎo)體聯(lián)接起來，使電流或者信號可以從一個導(dǎo)體流向另一個導(dǎo)體。電子接插件廣泛地應(yīng) 用于各種電氣線路中，起著聯(lián)接或斷開電流或者信號的作用。這種聯(lián)接可能是暫時并方便 隨時插拔的，也可能是電氣設(shè)備或?qū)Ь€之間永久的聯(lián)接結(jié)點(diǎn)，電子接插件可作為電路間、組 件間、系統(tǒng)間電氣/電子傳輸連接部件，使功率、信號、電流能穩(wěn)定可靠的流通，又方便產(chǎn)品 組裝、維修、更換。比如：電源插頭/插座、1C腳座、電話線插頭等皆屬于電子接插件。
[0003] 隨著電子與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子與通訊設(shè)備向小型化、高度集成化、輕質(zhì)化 方向發(fā)展，電子與通訊設(shè)備的內(nèi)部空間越來越小、集成化程度越來越高、散熱要求越來越 高。因此，其所使用的電子接插件向小尺寸、輕質(zhì)、多插腳、高導(dǎo)電U5〇%IACS)性能方向發(fā) 展。電子接插件的小型化、輕質(zhì)化、多插腳化、高導(dǎo)電性能對電子接插件的基礎(chǔ)材料即銅合 金帶材的厚度與綜合性能提出了越來越高的要求，在滿足銅合金帶材薄型化的同時，屈服 強(qiáng)度達(dá)到800MPa以上、導(dǎo)電率達(dá)到50%IACS以上、彈性性能達(dá)到130GPa以上，從而滿足電子 與通訊設(shè)備、引線框架的小型化、輕質(zhì)化且確保其運(yùn)行穩(wěn)定不失效。
[0004] 公知的電子接插件常用材料以Cu-Ni-Si系銅合金為主，常見牌號為C70250和 C70350。以C70250為例，成分：Ni:2.2-4.2wt%，Si:0.25-1.2wt%，Mg:0.05-0.3wt%，余量 為Cu。其帶材時效態(tài)(ΤΜ00態(tài)）的屈服強(qiáng)度只有450MPa至620MPa，導(dǎo)電率只有40 % IACS。因屈 服強(qiáng)度和導(dǎo)電率偏低，無法滿足當(dāng)前電子接插件及引線框架的小型、輕薄、高性能的要求。
[0005] 另一種公知的美標(biāo)牌號為C70350的電子接插件材料，成分為Ni : 1.0-2.5wt %，Si : 0 · 5-1 · 2wt %，Co: 1 · 0-2 · Owt %，余量為Cu。其帶材TM02態(tài)（時效處理后再進(jìn)行冷乳加工硬 化）的導(dǎo)電率為50%IACS以上，但其屈服強(qiáng)度為675MPa至780MPa。屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電率與 C70250相比均有所提高，但仍然達(dá)不到目前電子接插件與引線框架的綜合性能要求。
[0006] 另一類公知的用于電子接插件的銅合金為Cu-Be系列合金，以C17460為例，成分： Be: 0 · 15-0 · 5wt %，Ni : 1 · 0-1 · 4wt %，其余為Cu。其板帶的屈服強(qiáng)度2 810MPa，彈性模量2 138GPa、導(dǎo)電率2 50%IACS，雖然其性能滿足當(dāng)前電子接插件的要求，但鈹銅合金含有鈹， 在生產(chǎn)制造過程中會對環(huán)境及人的生命健康產(chǎn)生極大的影響。
[0007] 另一種公知的引線框架常用材料為CuCrZr合金，其美標(biāo)牌號為C18150,成分為 Cr0.5wt%-1.5wt%，Zr 0.02wt%-0.20wt%，余量為Cu<X18150合金時效態(tài)的性能為:抗拉 強(qiáng)度 550MPa-600MPa，屈服強(qiáng)度 500MPa-550MPa，導(dǎo)電率80 % IACS-90 % IACS。雖然CuCrZr 合 金的導(dǎo)電率可達(dá)80%IACS以上，但是其屈服強(qiáng)度低于600MPa，不能滿足飛速發(fā)展的電子接 插件與引線框架對銅合金帶材的性能要求。
[0008] 本發(fā)明的銅合金是在銅中添加0、2^附、0)、51、1%、1^等元素，并通過固溶、時效 處理，實現(xiàn)CrxZry、NixSiy、C 〇xSiy各相協(xié)同配合，以達(dá)到高的屈服強(qiáng)度(800MPa以上）、高的導(dǎo) 電率(50%IACS以上）、高的彈性性能（130GPa以上），從而滿足當(dāng)前電子接插器件與引線框 架的輕量化、小型化、薄型化對銅合金帶材的綜合性能的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對當(dāng)前電子接插器件、連接器、引線框架對銅合 金的綜合性能的要求，在銅中添加〇、21"、附、3;[、(：0、]\%、11等元素，并通過固溶、時效處理， 實現(xiàn)Cr xZry、NixSiy、C〇xSi y各相協(xié)同強(qiáng)化，提供一種高強(qiáng)高彈高導(dǎo)銅合金，實現(xiàn)高的屈服強(qiáng) 度、高導(dǎo)電率、高彈性等性能要求。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：高強(qiáng)高彈高導(dǎo)銅合金，該合金的 化學(xué)組成包括:Cr :0·005wt%~2·Owt%，Zr :0 ·OOlwt%~0 · 5wt%，Ni :2 · 5wt%~5·Owt%， Co:0· lwt%~1 ·Owt%，Si :0·4wt%~1 ·6wt%，Mg:0·Olwt%~0· 2wt%，余量為Cu。
[0011] Cr、Zr通過固溶并淬火處理溶入銅基體中形成過飽和固溶體，然后通過雙級時效 處理析出CrxZr y金屬間化合物，析出的金屬間化合物起彌散強(qiáng)化作用，從而提高本發(fā)明銅合 金的屈服強(qiáng)度、彈性模量，又由于Cr與Zr原子從銅基體中析出，銅基體中的Cr、Zr溶質(zhì)原子 大幅降低，從而使銅基體的導(dǎo)電率得到提高。此外，沒有形成金屬間化合物的Cr通過時效析 出也可強(qiáng)化并提高合金強(qiáng)度。當(dāng)Cr含量小于0.005wt %時，不能形成足夠的CrxZry相，對提高 銅合金的屈服強(qiáng)度與彈性模量沒有幫助;而Cr含量大于2. Owt %時，析出的粗大Cr顆粒將降 低銅合金的導(dǎo)電性能，且形成的分布不均勻的粗大的Cr相，會導(dǎo)致后續(xù)加工有產(chǎn)生裂紋的 傾向，不利于合金板帶的成型。因此本發(fā)明鉻的控制量為0.005~2. Owt %。
[0012] Zr除了與Cr形成CrxZry金屬間化合物提高銅合金的強(qiáng)度外，Zr單質(zhì)也可通過時效 析出提高合金的強(qiáng)度。Zr含量小于0.00 lwt %時，形成的CrxZry金屬間化合物數(shù)量不夠，無法 與NixSiy與Co xSiy金屬間化合物起協(xié)同強(qiáng)化作用；當(dāng)Zr含量超過0.5wt%時，時效析出的Zr 單質(zhì)會降低銅合金板帶的乳制加工成型性能。為了得到屈服強(qiáng)度、導(dǎo)電率與乳制加工成型 的最佳均衡，鋯的含量控制在0.001~0.5wt %。
[0013] 本發(fā)明中Ni、Co與Si原子通過固溶并淬火處理溶入銅基體中形成過飽和固溶體， 然后通過雙級時效處理析出NixSiy與Co xSiy金屬間化合物，析出的金屬間化合物起彌散強(qiáng) 化作用，從而提高本發(fā)明銅合金的屈服強(qiáng)度、彈性模量，又由于Ni、Co與Si原子從銅基體中 析出，銅基體中的Ni、Co與Si溶質(zhì)原子大幅降低，從而使銅基體的導(dǎo)電率得到提高。當(dāng)Ni、Co 與Si原子的含量較少時(Ni含量少于2.5wt %、Co含量少于0. lwt %、Si含量少于0.4wt % )， 銅合金中析出的NixSiy與C〇xSiy金屬間化合物較少，彌散強(qiáng)化的效果不明顯，銅合金的屈服 強(qiáng)度低于800MPa、彈性模量少于130GPa。而當(dāng)Ni、Co與Si原子的含量較多時（Ni含量大于 5. Owt %、Co含量少于1. Owt %、Si含量少于1.6wt % )，析出的彌散強(qiáng)化相太多，第二相粒子 對電子波的散射作用增強(qiáng)，導(dǎo)致銅合金的導(dǎo)電率下降（低于SO^IACShNiXo與Si的成分在 Ni 2.5wt%~5.0wt%，Co O.lwt%~1.0wt%，Si 0.4wt%~1.6wt%范圍內(nèi)為最佳。
[0014] Mg的作用主要是在熔煉過程中脫氧，確保銅合金鑄錠中不含Cr、Zr、Ni、Co、Si、Ti 的氧化物，使〇、2廣附、(：〇、3丨、11可充分形成02巧、附^^(：〇^7與(：取1'込金屬間化合物， 彌散強(qiáng)化相Cr xZry、NixSiy、C〇xSi y的協(xié)同彌散強(qiáng)化作用及CuxTiy的補(bǔ)充強(qiáng)化作用確保銅合金 的屈服強(qiáng)度與彈性模量分別高于800MPa與130GPa。當(dāng)Mg含量低于O.Olwt%時，不能起充分 脫氧的作用，銅合金的屈服強(qiáng)度與彈性模量會降低；當(dāng)Mg含量高于0.2wt%時，由于多余的 Mg固溶在銅基體中，會降低銅合金的導(dǎo)電性能。
[0015] 該高強(qiáng)高彈高導(dǎo)銅合金的化學(xué)組成還包括La:0.001wt%~0. lwt%，Ce: 0.0 Olwt% ~0. lwt%。
[0016] La和Ce元素主要起凈化銅合金基體的作用。本發(fā)明的銅合金，屬于一種含多種元 素的多元復(fù)雜銅合金，當(dāng)〇、2^附、0)、51、1%元素在時效過程中沒有完全析出時，余下的固 溶在銅基體中的原子會與La、Ce原子形成LaxNiy、CexNiy、C〇xLay、CexC〇y、MgxLay、MgxCe y等金 屬間化合物或Cr單質(zhì)析出