專利名稱：高強度高導(dǎo)電稀土銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅基合金及其制造技術(shù)，尤其涉及一種用于引線框架、電極合金及連接器等高強度高導(dǎo)電用銅合金及其制造方法。
目前世界各國正在積極開發(fā)高強度高導(dǎo)電銅合金，如C18040(Cu-0.3Cr-0.25Sn-0.5Zn)和(Cu-0.3Cr-0.1Zr-0.05Mg-0.02Si)等。日本自上世紀70年代起大力發(fā)展引線框架銅用合金，其典型代表是三菱、住友、神戶、礦業(yè)金屬、古河電工等公司。圍繞這些合金產(chǎn)品各公司也申請了許多專利，如US1658186，1778668，2185958，2137282，3027508，4466939，JP213847/83等等。這些專利就Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系及Cu-Cr-Zr系等合金成份，制備方法和對某一特殊性能的改進進行了論述和提出知識產(chǎn)權(quán)保護。
美國奧林公司1993年申請并于1998年獲得的授權(quán)專利CN1101081涉及的是合金，公開了一種含有鉻、鋯、鈷和/或鐵，以及鈦等特定添加劑的銅基合金以及生產(chǎn)該銅合金的方法；一種工藝方法生產(chǎn)出具有高強度和高導(dǎo)電率的銅合金；另一種工藝方法生產(chǎn)出具有更高強度但導(dǎo)電率有少量降低的銅合金；日本日礦金屬株式會社1999年摘我國獲得的授權(quán)CN1115789涉及的也是Cu-Cr-Zr系合金。但上述專利的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，合金元素也沒有含有稀土元素，工廠生產(chǎn)比較困難。
我國國內(nèi)單位也申請了一些與高強度高導(dǎo)電合金相關(guān)的專利。專利CN1250816論述的是Cu-Cr-Zr-B-Nb-RE合金，其成分較為復(fù)雜，主要應(yīng)用于電阻焊電極材料。專利CN1285417也涉及的是一種電阻焊電極用高電導(dǎo)率銅基合金，其成分為鋯Cu-Zr-B-Nb-Mg-RE合金，其電導(dǎo)率為48MS/m，硬度(HRB)為65，性能不高。專利CN1270434A，涉及的合金主要是Cu-Zr-Zn-Re高強高導(dǎo)合金，但其Zn含量較高，主要是應(yīng)用于高速列車異步牽引電動機導(dǎo)條與端環(huán)。專利CN1231343涉及一種Cu-Cr-Y銅基合金電極材料及其制備方法，屬于合金導(dǎo)電材料，其主要是采用粉末冶金的方法制造材料，成本較高。
綜上所述，上述國內(nèi)外專利均未涉及到或詳盡描述本專利所提出高強度高導(dǎo)電稀土銅合金及其制造方法。
本發(fā)明提出的高強度高導(dǎo)電稀土銅合金，含有重量百分比為0.01-0.30％稀土元素鑭和/或鈰，0.05-1.0％鋅，0.01-1.0％鉻，0.01-0.6％鋯，其余為銅。
為進一步提高強度，在上述組分的基礎(chǔ)上還可加入重量百分比為0.1-1.0％鐵或鈷元素以及0.05-0.8％鈦元素。
本發(fā)明還提供了一種制造上述合金的方法，該方法包括如下步驟(1)熔煉采用電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鑭中間合金、銅-30％鋅中間合金為原料，其加入順序為首先加入電解銅、銅-鉻中間合金，熔煉20～30分鐘，然后加入銅-鑭中間合金，熔煉1～3分鐘，最后加入銅-鋅中間合金和銅-鋯中間合金，熔煉1～3分鐘后進行澆鑄；(2)熱軋將上述澆鑄合金在850～950℃保溫1～4小時，然后在常規(guī)的熱軋機上進行50～80％變形軋制；(3)固溶處理將軋制后的板材裝入熱處理爐中，在950～1050℃下保溫10～30分鐘，使其合金元素充分溶入銅基體中，然后進行淬火處理；(4)冷軋將淬火后的合金進行60～90％的變形處理；(5)時效處理將合金在400～600℃保溫1～24小時；(6)終軋將合金進行30～50％的變形處理。
在上述熔煉過程中，如果加入純鐵、純鈷、純鈦，應(yīng)作為底料加入。
本發(fā)明是在CuCrZr合金的基礎(chǔ)上添加了微量合金元素La、Zn以及Fe(或Co)和Ti，并通過熱軋、固溶處理、冷軋、時效等工藝，使其合金的綜合性能達到了平衡，其電導(dǎo)率、抗拉強度和硬度與傳統(tǒng)銅基合金相比，有明顯提高。其制備方法簡單，原料成本低，從而可實現(xiàn)其在電子行業(yè)的引線框架、電極合金及連接器等的廣泛應(yīng)用。
實施例1CuCrZrZnLa合金采用以下原料熔煉電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鑭中間合金、銅-30％鋅中間合金。合金的成分見表1的實施例1。
1.熔煉采用業(yè)界使用的熔煉設(shè)備進行熔煉。合金加入的順序為首先加入電解銅，銅-鉻中間合金，熔化后熔煉20分鐘，加入銅-鑭中間合金熔煉3分鐘，最后加入銅-鋅中間合金、銅-鋯中間合金熔煉3分鐘，然后進行澆鑄。
2.熱軋鑄錠經(jīng)剝皮后，加熱至900℃，保溫2小時，進行70％的變形處理。
3.固溶處理將經(jīng)變形處理的合金加熱至970℃，保溫30分鐘，淬入水中；4.冷軋將合金進行85％的變形處理；5.時效處理將合金在460℃，保溫2小時；6.終軋將合金進行40％的變形處理，即制得CuCrZrZnLa合金。
經(jīng)過以上熔煉、熱軋、固溶、冷變形及時效等冷、熱加工處理后，達到如下性能電導(dǎo)率80％IACS，抗拉強度553.6MPa、硬度Hv170。
實施例2CuCrZrZnLaFeTi合金采用以下原料熔煉電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鑭中間合金、銅-30％鋅中間合金、純鐵、純鈦。合金的成分見表1的實施例2。
1.熔煉采用業(yè)界使用的熔煉設(shè)備進行熔煉。合金加入的順序為首先加入電解銅，銅-鉻中間合金，純鐵、純鈦，熔化后熔煉30分鐘，加入銅-鑭中間合金熔煉3分鐘，最后加入銅-鋅中間合金、銅-鋯中間合金熔煉2分鐘，然后進行澆鑄；2.熱軋鑄錠經(jīng)剝皮后，加熱至880℃，保溫3小時，進行70％的變形處理；3.固溶處理合金加熱至1000℃保溫20分鐘，淬入水等快速冷卻劑中；4.冷軋將合金進行90％的變形處理；5.時效處理將合金在500℃下保溫4小時；6.終軋將合金進行50％的變形處理即制得CuCrZrZnLaFeTi合金。
經(jīng)熱軋、固溶、冷變形及時效等冷、熱加工處理后，達到如下性能電導(dǎo)率65％IACS，抗拉強度641.4MPa、硬度Hv195。
實施例3CuCrZrZnCeCoTi采用以下熔煉合金電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鈰中間合金、銅-30％鋅中間合金、純鈷、純鈦。合金的成分見表1的實施例3。
1.熔煉采用業(yè)界使用的熔煉設(shè)備進行熔煉。合金加入的順序為首先加入電解銅，銅-鉻中間合金，純鈷、純鈦，熔化后熔煉30分鐘，加入銅-鑭中間合金熔煉3分鐘，最后加入銅-鋅中間合金、銅-鋯中間合金熔煉1分鐘，然后進行澆鑄；2.熱軋鑄錠經(jīng)剝皮后，加熱至880℃，保溫2小時，進行70％的變形；3.固溶處理合金加熱至960℃保溫30分鐘，淬入水等快速冷卻劑中；4.冷軋將合金進行90％的變形處理；5.時效處理將合金在450℃保溫12小時；6.終軋將合金進行50％的變形處理；經(jīng)熱軋、固溶、冷變形及時效等冷、熱加工處理后，達到如下性能電導(dǎo)率69％IACS，抗拉強度616.2MPa、硬度Hv186。
實施例4CuCrZrZnLaCoTi采用以下原料熔煉合金電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鑭中間合金、銅-30％鋅中間合金、純鈷、純鈦。合金的成分見表1的實施例4。
1.熔煉采用業(yè)界使用的熔煉設(shè)備進行熔煉。合金加入的順序為首先加入電解銅，銅-鉻中間合金，純鈷、純鈦，熔化后熔煉30分鐘，加入銅-鑭中間合金熔煉1分鐘，最后加入銅-鋅中間合金、銅-鋯中間合金熔煉1分鐘，然后進行澆鑄；2.熱軋鑄錠經(jīng)剝皮后，加熱至880℃，保溫2小時，進行70％的變形；3.固溶處理合金加熱至990℃保溫30分鐘，淬入水等快速冷卻劑中；4.冷軋將合金進行80％的變形處理；5.時效處理將合金在450℃保溫8小時；6.終軋將合金進行50％的變形處理；經(jīng)熱軋、固溶、冷變形及時效等冷、熱加工處理后，達到如下性能電導(dǎo)率70％IACS，抗拉強度608.2MPa、硬度Hv179。表1.合金的化學(xué)成分

以上合金及C19400合金的主要性能見表2表2.合金主要性能對比

權(quán)利要求
1.一種高強度高導(dǎo)電稀土銅合金，其特征在于該合金含有重量百分比為0.01-0.30％稀土元素鑭和/或鈰，0.05-1.0％鋅，0.01-1.0％鉻，0.01-0.6％鋯，其余為銅。
2.按照權(quán)利要求1所述的稀土銅合金，其特征在于該合金還含有重量百分比為0.1-1.0％鐵或鈷，0.05-0.8％鈦。
3.實施如權(quán)利要求1或2所述稀土銅合金的制造方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)熔煉采用電解銅、銅-10％鉻中間合金、銅-10％鋯中間合金、銅-5％鑭中間合金、銅-30％鋅中間合金為原料，其加入順序為首先加入電解銅、銅-鉻中間合金，熔煉20～30分鐘，然后加入銅-鑭中間合金，熔煉1～3分鐘，最后加入銅-鋅中間合金和銅-鋯中間合金，熔煉1～3分鐘后進行澆鑄；(2)熱軋將澆鑄合金在850～950℃保溫1～4小時，然后在常規(guī)的熱軋機上進行50～80％變形軋制；(3)固溶處理將軋制后的板材裝入熱處理爐中，在950～1050℃下保溫10～30分鐘，使其合金元素充分溶入銅基體中，然后進行淬火處理；(4)冷軋將淬火后的合金進行60～90％的變形處理；(5)時效處理將合金在400～600℃保溫1～24小時；(6)終軋將合金進行30～50％的變形處理。
4.按照權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于步驟(1)進行熔煉過程中，以純鐵、純鈷、純鈦為原料加入時，可作為底料加入。
全文摘要
高強度高導(dǎo)電稀土銅合金及其制造方法，涉及一種用于引線框架、電極合金及微電子封裝材料等高強度高導(dǎo)電用銅合金及其制造技術(shù)。本發(fā)明是在傳統(tǒng)的CuCrZr合金的基礎(chǔ)上添加微量合金元素La、Zn以及Fe(或Co)和Ti，并通過熱軋、固溶處理、冷軋、時效等工藝，使其合金的綜合性能達到了平衡，其電導(dǎo)率、抗拉強度和硬度與傳統(tǒng)的CuCrZr合金相比，有明顯提高；其制備方法簡單，原料成本低，從而可實現(xiàn)其在電子行業(yè)的引線框架、電極合金及連接器等的廣泛應(yīng)用。
文檔編號C22C9/00GK1417357SQ02148648
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者馬莒生, 黃福祥, 宋厚啟, 鐘衛(wèi)佳, 熊曉明, 郭淑梅, 婁花芬 申請人:清華大學(xué), 洛陽銅加工集團有限責(zé)任公司