一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Cu-Zr系合金是一類(lèi)應(yīng)用較為廣泛的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能合金，目前廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路用引線(xiàn)框架、電車(chē)及電力機(jī)車(chē)接觸線(xiàn)，電接觸合金等領(lǐng)域。引線(xiàn)框架銅合金作為大規(guī)模集成電路的主要材料，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高，但目前傳統(tǒng)合金或者抗拉強(qiáng)度不高，或者導(dǎo)電率和延伸率低，或者強(qiáng)度硬度低都存在很多問(wèn)題，因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)引線(xiàn)框架材料銅合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供高強(qiáng)稀土銅鋯合金及其制備方法，解決傳統(tǒng)銅鋯合金抗拉強(qiáng)度不高、導(dǎo)電率和延伸率低、強(qiáng)度硬度低等問(wèn)題，以滿(mǎn)足引線(xiàn)框銅合金的要求。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金，所述的銅鋯合金由鋯、鎳、硅、銅和稀土元素組成，各組分占銅鋯合金總量的重量百分比為:鋯 0.1-0.5%，鎳 0.1-0.5%，硅 0.1-0.15%，銀 0.2-0.4%，稀土元素 0.02-0.1%，余量為銅。
[0005]本發(fā)明所述的稀土元素為鈰、鑭中的一種或兩種。
[0006]本發(fā)明所述的稀土元素以?xún)煞N混合的形式加入時(shí)，鈰和鑭的重量比為1:1~1:3.一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、制備中間合金:將銅、鋯放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10 2Pa,然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1050~1100°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-Zr中間合金，備用；將銅、稀土元素放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X 10 2Pa,然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1030~1070°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-稀土中間合金，備用；將銅、硅放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X 12Pa,然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1010~1040°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-Si中間合金，備用;
步驟二、恪煉、鑄模:將銅、鎳、銀以及步驟一制得的Cu-Zr中間合金、Cu-稀土中間合金和Cu-Si中間合金放入高頻真空熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10 2Pa,然后充入氮?dú)庵翣t內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，控制熔煉溫度為1200?1300°C，熔融后注入鑄模，形成鑄錠，所述澆筑溫度控制在1150?1200°C ；
步驟三、熱擠壓:將步驟二得到的鑄錠加熱至850?950°C，保溫I?3小時(shí)，然后熱擠壓成棒材，擠壓比5?10:1，得到棒還；
步驟四、固溶處理:將步驟三得到的棒坯裝入熱處理爐中，在850?900°C保溫I?2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；
步驟五、冷乳變形:將步驟四固溶處理后的合金進(jìn)行冷乳變形，變形量為40?80% ;
步驟六、時(shí)效處理和冷乳變形:將步驟五冷乳變形后的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為450?550°C，保溫2?10小時(shí)，之后進(jìn)行冷乳變形，變形量為20?80%。
[0007]本發(fā)明所述步驟六中時(shí)效處理和冷乳變形的方法為:先在時(shí)效溫度450?500°C下保溫2?4小時(shí)，進(jìn)行第一次冷乳變形，變形量為40?80% ;然后在時(shí)效溫度450?550°C下保溫2?4小時(shí)，再進(jìn)行第二次冷乳變形，變形量為60?80%。
[0008]本發(fā)明所述步驟六中時(shí)效處理和冷乳變形的方法為:先在時(shí)效溫度450~500°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次冷乳變形，變形量為40%~60% ;之后在時(shí)效溫度460~500°C下保溫2?4小時(shí)，進(jìn)行第二次冷乳變形，變形量為40?60% ;然后在時(shí)效溫度450~500°C下保溫
2-4小時(shí)，再進(jìn)行第三次冷乳變形，變形量為60%~80%。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明在Cu-Zr合金的基礎(chǔ)上加入鎳、銀、硅和微量的稀土元素，Cu與Zr能形成Cu5Zr非氧化物增強(qiáng)相；Ni與Si能形成Ni2Si非氧化物增強(qiáng)相，從而提高了合金的強(qiáng)度。由于N1、Si加入量過(guò)多也會(huì)影響合金的導(dǎo)電性，所以N1、Si的加入量為0.1?0.5%和0.1?0.15%。銀的加入能夠大幅提高合金的導(dǎo)電率，也能同時(shí)提高合金的延伸率。稀土元素的加入除能夠改變合金的工藝性，利于精煉、除氣和微合金化作用，此外，還可以提高合金的抗拉強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電率、軟化溫度、延伸率等。
[0010](2)本發(fā)明的合金內(nèi)部生成有Ni2Si和Cu5Zr非氧化物增強(qiáng)相。析出相的多少及其形狀、分布對(duì)該銅合金的最終性能有較大影響，由于析出相最易在晶界處形核，在制備步驟中，多次時(shí)效處理以及多次冷乳變形的操作方法，可以提高析出相的形核位置，析出相析出越多，越能提高合金的強(qiáng)度與導(dǎo)電率。
[0011](3)本發(fā)明通過(guò)限定合金的成分及其比例，使各成分綜合作用，顯著提高了合金材料的綜合性能，能較好的滿(mǎn)足引線(xiàn)框架等電子工業(yè)領(lǐng)域用材料對(duì)銅合金性能的要求。
[0012]因此，本發(fā)明具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、工藝流程短、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高彈性、熱加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)690MPa。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明各實(shí)施例合金性能表。
【具體實(shí)施方式】
[0014]—種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金，所述的銅鋯合金由鋯、鎳、硅、銅和稀土元素組成，各組分占銅鋯合金總量的重量百分比為:鋯0.1-0.5%，鎳0.1-0.5%，硅0.1-0.15%，銀0.2-0.4%，稀土元素0.02-0.1%，余量為銅。
[0015]進(jìn)一步，稀土元素為鈰、鑭中的一種或兩種。
[0016]進(jìn)一步，稀土元素以?xún)煞N混合的形式加入時(shí)，鈰和鑭的重量比為1:1~1:3.一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金的制備方法，包括以下步驟:
步驟一、制備中間合金:將銅、鋯放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10-2Pa，然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1050~1100°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-Zr中間合金，備用；將銅、稀土元素放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10-2Pa，然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1030~1070°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-稀土中間合金，備用；將銅、硅放入真空非自耗電極電弧熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10-2Pa，然后充入氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，加熱至1010~1040°C，熔煉0.5~lh，自然冷卻后得到Cu-Si中間合金，備用；
步驟二、恪煉、鑄模:將銅、鎳、銀以及步驟一制得的Cu-Zr中間合金、Cu-稀土中間合金和Cu-Si中間合金放入高頻真空熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，抽真空至爐內(nèi)壓強(qiáng)為5X10-2Pa，然后充入氮?dú)庵翣t內(nèi)壓強(qiáng)為0.05MPa，控制熔煉溫度為1200?1300°C，熔融后注入鑄模，形成鑄錠，所述澆筑溫度控制在1150?1200°C ；
步驟三、熱擠壓:將步驟二得到的鑄錠加熱至850?950°C，保溫I?3小時(shí)，然后熱擠壓成棒材，擠壓比5?10:1，得到棒還；
步驟四、固溶處理:將步驟三得到的棒坯裝入熱處理爐中，在850?900°C保溫I?2小時(shí)，然后進(jìn)行水淬；
步驟五、冷乳變形:將步驟四固溶處理后的合金進(jìn)行冷乳變形，變形量為40?80% ;
步驟六、時(shí)效處理和冷乳變形:將步驟五冷乳變形后的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為450?550°C，保溫2?10小時(shí)，之后進(jìn)行冷乳變形，變形量為20?80%。
[0017]進(jìn)一步，步驟一中制備的Cu-Zr中間合金中元素含量為12%~18%的Zr，其余為Cu ；Cu-Si中間合金中元素含量為10%~15%的Si，其余為Cu。
進(jìn)一步，步驟四中水淬的冷卻速率控制在175~190°C /s。
[0018]進(jìn)一步，時(shí)效處理和冷乳變形的方法為:先在時(shí)效溫度450?500°C下保溫2?4小時(shí)，進(jìn)行第一次冷乳變形，變形量為40?80% ;然后在時(shí)效溫度450?550°C下保溫2?4小時(shí)，再進(jìn)行第二次冷乳變形，變形量為60?80%。
[0019]進(jìn)一步，時(shí)效處理和冷乳變形的方法為:先在時(shí)效溫度450~500°C下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次冷乳變形，變形量為40%~60% ;之后在時(shí)效溫度460~500°C下保溫2?4小時(shí)，進(jìn)行第二次冷乳變形，變形量為40?60% ;然后在時(shí)效溫度450~500°C下保溫2~4小時(shí)，再進(jìn)行第三次冷乳變形，變形量為60%~80%。
[0020]下述實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0021]實(shí)施例1
一種高強(qiáng)高導(dǎo)稀土銅鋯合金，由以下重量百分比的組分組成，0.1%的鋯，0.1%的鎳