专利名称：：一种含有稀土的铜基合金材料及其制备方法
技术领域：
：本发明属于铜合金
技术领域：
，主要涉及一种含有稀土的高性能铜基合金材料及其制备方法。尤其适用于大规，M超大规模集成电路用引线框架材料、电车及电力机车接触线、大型高速涡轮发电机的转子导条、大推力火箭发动机内衬等高强度高导电用高性能铜合金材料及其制备方法。
背景技术：
：目前国内外己开发出的高性能铜基合金材料主要有CuNiSi系、CuFeP系、CuCrZr系等，国外最常用的CuMSi系合金抗拉强度达到600750MPa、导电率达到4055。/。IACS、软化温度达到450。C左右。随着电子工业的迅速发展，对引线框架等材料的综合性能提出了更高的要求，现有的铜合金材料无法达到其综合性能的要求。因此迫切需要开发一种新型的高性能铜合金。国内外专利文献涉及到的高性能铜基合金材料，多是有关CuCrZr和CuFeP合金材料，特别是有关CuCrZr系材料，而涉及CuMSi方面的相对较少。如中国专利"03149851.5"所述的铜合金含有1.03.5。/。的M、0.1~1.0%的Si、0.05~0.4%的混合稀土、余量为铜和不可避免得杂质，但其综合性能相对较低，其合金强度达到546750MPa、导电率仅有44~59.5%IACS。另一专利"86102885"在CuMSi的基础上加入Mg以提高其强度和抗松弛应力，其合金范围为24.8%的M、0.21.4%的Si、0.05~0.45%的Mg。日本在中国申请的专利"200510065789.X"涉及一种弯曲加工性优良、高强高导电子电机部件用铜合金，Ni含量为1.5~4.0%、Si含量为0.15~1.0%、同时含有0.011.0%的Zn、Mg、Sn及In中的一禾中以上，以着重改善合金的弯曲加工性，其强度达到800900MPa，但其导电率仅有35~55%IACS。
发明内容本发明的目的在于设计一种具有高强度和高导电性兼顾的含有稀土的高性能铜基合金材料；并提出了一种能够改善铜合金的强度、导电性和抗高温软化性能，达到高强度和高导电性兼顾的目的的制备方法。本发明实现上述目的采取的技术方案是该铜基合金材料含有重量百分比为0.02~0.15°/。的稀土元素、0.9^4.0wt。/。的镍、0.21.0wt。/。的硅、0.01^0.15wty。的锆，其余为铜和不可避免的杂质。本发明所述的稀土元素为铈、镧、铱。稀土元素可以以单一元素加入，也可以两两混合或三禾中同时加入，两两加入时两种稀土元素之间的比例应在1:11:6之间；三三加入时三种稀土元素之间的比例应在1:1:11:1:5。所加的稀土元素总含量应在0.02%-0.15%。在上述合金的配比范围内，调整稀土元素、镍、硅、锆在合金中所占的比例，可以得到不同强度和导电率相结合的合金，以满足实际使用中的不同需求。本发明实现上述含有稀土的铜基合金材料的制备方法主要包括如下步骤(1)将原料在1200~1350°C进行烙炼，熔融后注入铸模；(2)合金的热锻热锻温度为850~900°C，锻造变形量7080%;(3)合金的固溶处理其固溶温度850960。C，保温时间l2h，然后进行7夂淬；(4)合金的冷轧变形冷轧变形量30~80%;(5)合金的时效工艺采用分级时效工艺，进行多次的时效处理和冷轧变形相结合，时效温度选用400500°C，保温时间为26h，时效处理后的变形量为3070%;(6)合金的最终冷轧变形变形量3080%。本发明所述的含有稀土的铜基合金材料是在传统的QiMSi合金的基础上设计的，其重要特征在于其含有微量的锆以及稀土元素等；其另一个突出特征在于利用微量稀土元素以及微量合金元素锆，改善弓战框架等用铜合金的强度、导电性和抗高温软化性能，特别是抗高温软化性能；另一重要特征在于调整合金中各元素的百分含量可使其达到高强度和高导电性兼顾的特点，其抗拉强度、导电率、硬度、延伸率及软化温度等特性均能较好地满足引线框架材料等电子工业领域对铜合金材料性能的要求。本发明提出的铜基合金材料属于一种含有稀土的新型的高强高导兼备的高性能铜合金材料，其综合性能优越、合金组织均匀、析出相细小弥散，合金价格相对较低，生产效率高，特别是具有较高的软化温度。该合金系第二相析出而产生强化效果，析出的第二相有Ni2Si、稀土化合物以及铜锆化合物等。考虑采用适当的M、Si元素比以保证合金在时效后，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，故此为了使合金具有尽可能高的导电性，考虑Ni、Si元素的重量比例控制在4.(M.5之间。另外考虑微量锆具有的显著的时效强化性，锆含量太高将会大大降低合金的导电性，而含量过低其所具有的强化效应不显著；且微量的锆加入铜合金中还具有降低铸件中的含氧量，使铸件中的气L减少；特别是极微量的锆即可大大提高铜的耐高温性能，即软化鹏。本发明考虑其性能要求，锆的加入量控帝赃0.01^0.15wt。/。的范围。稀土的加入除改变本合金的工艺性、利于精炼、除气和微合金化作用外，还可以明显改善合金的导电性、强度、抗高温软化性能等，其加入量控制在0.02^0.15wtM的范围。从而使所设计的合金体系达到高强高导相结合的目的。本发明所述的制备工艺具有的一重要特征在于采用分级时效工艺，以进一步改善合金的性能，且所采用的分级时效的处理温度是逐级降低的。如果所采用的时效温度太高，会弓胞时效析出相的粗化、聚集长大，使合金强度降低；但若采用的时效处理温度较低，会由于析出相的析出不充分而使合金的导电率降低。本发明所述的含有稀土的高性能铜基合金材料在上述制备工艺下所得成品的抗拉强度达到600900MPa、电导率达到45~75°/。IACS、延伸率达到5%以上、软化温度在500。C以上。會巨较好地满足弓践框架等电子工业领鄉材料对铜合金性能的要求。具体实施例方式结合本
发明内容提供以下实施例。在本实施例中，稀土元素、镍、硅和锆的纯度为99.5%，铜为一般的电解铜，纯度为99.5%。合金经热锻、固溶、冷拉、时效和最终冷拉后，主要性能指标详见表l。本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为1.3%镍、0.3%硅、0.06%锆、0.03%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后，将各组分混合后在1250摄氏度下熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；对铸锭热锻，其温度为860摄氏度，锻造变形量为70%，得到热锻物料；在箱式电阻炉中对热锻物料进行固溶处理，为860。C，保温时间为lh，然后水淬，得到冷物料；对该7ft/料预冷轧处理，变形量为70%，得到预冷轧物料；为了保证合金具有高的综合性能，采用分级时效工艺，进行多次的时效处理和冷车L变形相结合。本实施例的分级时效处理为两次，第一次分级时效处理，时效温度为480。C，保温时间为2h，再进行变形量为40%的冷轧处理，然后进行第二次分级时效处理，时效鹏为460。C，保温时间为4h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为60%，即得到高性能稀土铜合金材料，其抗拉强度达到610MPa、电导率达到71%IACS、延伸率达到11%，软化温度520。C。实施例2本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为2.4%镍、0.53%硅、0.06%锆、0.13%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后，各组分混合后在1300。C下熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；对铸锭热锻，其^it为880。C，锻造变形量为75%，得到热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，其温度为930。C，保温时间为lh，然后水淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为45%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为三次，第一次分级时效处理温度为480°C，保温时间为2h，进行变形量为60%的冷轧处理，第二次分级时效处理温度为460。C，保温时间为2h，再进行变形量为40%的冷轧处理，然后进行第三次分级时效处理，时效温度为440°C，保温时间为4h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为40%，即得到高性能铜合金材料，其抗拉强度达到730MPa、电导率达到64。/。IACS、延伸率达到8°/。、软化温度530。C。实施例3本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为2.4%镍、0.53%硅、0.06%锆、0.06%銥，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后，各组分混合后在1300。C下熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；对铸锭热锻，其温度为880。C，锻造变形量为80%，得到热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，，度为930。C，保温时间为L5h，然后7jC淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为60%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为两次，第一次分级时效处理温度为460°C，保温时间为4h，再进行变形量为60%的冷轧处理，然后进行第二次分级时效处理，时效温度为440°C,保温时间为2h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为75%，即得至lj引线框架用铜合金材料，其抗拉强度达到740MPa、电导率达到65%IACS、延伸率达到9.5%、软化温度550。C。实施例4本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为2.4%镍、0.53%硅、0.06%锆、0.03%铈、0.03%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后，各组分混合后在1300°C下熔炼，熔融后注入铸模，形成铸锭；对铸锭热锻，欺显度为8S0。C，锻造变形量为70%，得到热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，欺显度为930。C，保温时间为L5h，然后7jC淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为75%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为两次，第一次分级时效处理温度为480°C，保温时间为4h，再进行变形量为40%的冷轧处理，然后进行第二次分级时效处理，时效温度为460°C，保温时间为2h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为80%，即得至lj弓战框架用铜合金材料，其抗拉强度达到750MPa、电导率达到67%IACS、延伸率达到10%、软化温度550。C。实施例5本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为2.4%镍、0.53%硅、0.13%锆、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后，各组分混合后在1300°C下熔炼，熔融后注入铸模，形成辦定；对H^定热锻，，度为S80。C，锻造变形量为75%，得到热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，欺显度为950。C，保温时间为L5h，然后水淬，得到冷物料；对该冷物料页冷轧处理，变形量为60%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为两次，第一次分级时效处理温度为460°C，保温时间为4h，再进行变形量为60%的冷轧处理，然后进行第二次分级时效处理，时效Mit为440°C，保温时间为2h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为60%，即得至ij引线框架用铜合金材料，其抗拉强度达到700MPa、电导率达到60%IACS、延伸率达到7.5%、软化温度540。C。实施例6本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为2.4%镍、0.53%硅、0.06%锆、0.03%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后，各组分混合后在1300。C下熔炼，熔融后注入铸模，形成^l定；对^l定热锻，^it为880。C，锻造变形量为80%，得至U热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，^t为930。C，保温时间为l,5h，然后水淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为75%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为两次，第一次分级时效处理温度为480°C，保温时间为4h，再进行变形量为40%的冷轧处理，然后进行第二次分级时效处理，时效温度为460°C，保温时间为2h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为70%，即得到引线框架用铜合金材料，其抗拉强度达到750MPa、电导率达到67%IACS、延伸率达到9.5%、软化温度550。C。实施例7本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为3.5%镍、0.75%硅、0.06%锆、0.03%铈、0.03%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后，各组分混合后在1350。C下熔炼，熔g虫后注入铸模，形成^l定；对#1定热锻，^^显度为900。C，锻造变形量为70%，得至U热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，其^/t为950。C，保温时间为lh，然后水淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为50%,得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为三次，第一次分级时效处理温度为460°C，保温时间为4h，进行变形量为60%的冷轧处理，第二次分级时效处理M^为440。C，保温时间4h，再进行变形量为40%的冷轧处理，而后进行第三次时效处理，时效^Jt为440°C，保温时间为6h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为75%，即得到高性能铜合金材料，其抗拉强度达到860MPa、电导率达到52%IACS、延伸率达到7%、软化温度550。C。实施例8本实施例所述的一种含有稀土的铜基合金材料含有重量百分比为3.5%镍、0.75%硅、0.13%锆、0.05%铈、0.05%铱、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后，各组分混合后在1350。C下熔炼，熔融后注入铸模，形成辦定；对辦定热锻，^Mit为900。C，锻造变形量为75%，得到热锻物料；对热锻物料进行固溶处理，m^为950。C，保温时间为l，5h，然后7jC淬，得到冷物料；对该冷物料预冷轧处理，变形量为50%，得到预冷轧物料；对预冷轧物料分级时效处理为三次，第一次分级时效处理温度为4S0。C，保温时间为4h，进行变形量为40%的冷轧处理，第二次分级时效处理^^为460。C，保温时间4h，再进行变形量为40%的冷轧处理，而后进行第三次时效处理，时效鹏为440°C，保温时间为6h，得到分级时效物料。对分级时效物料进行最终的冷轧处理，变形量为60%，即得到高性能铜合金材料，其抗拉强度达到800MPa、电导率达到48G/。IACS、延伸率达到6%、软化温度530。C。表1为本发明合金的主要性能指标:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种含有稀土的高性能铜基合金材料，其特征是含有重量百分比为1.0～4.0wt％镍、0.2～1.0wt％硅、0.01～0.15wt％锆、0.02～0.15wt％的稀土元素，其余为铜和不可避免的杂质。2、根据权利要求1所述的一种高性能铜合金材料，其特征在于含有重量百分比为1.01.5wt。/o镍、0.2^0.35wt。/o硅、0.05^0.08wty。锆、0.03~0.08\^%的稀土元素，其余为铜和不可避免的杂质。3、根据权利要求1所述的一种高性肖溯合金材料，其特征在于含有重量百分比为2.02.6wt。/o镍、0.4~0.6\^%硅、0.05^0.08w^/o锆、0.03^0.08wt。/o的稀土元素，其余为铜和不可避免的杂质。4、根据权利要求1所述的一种高性能铜合金材料，其特征在于含有重量百分比为3.33.6wt。/。镍、0.7^0.8wt。/。硅、0.05^0.08wt。/。锆、0.05^0.08wt。/o的稀土元素，其余为铜和不可避免的杂质。5、根据权力要求14所述的一种高性能铜合金材料，其特征在于，所述的稀土元素为铈、镧、铱，可以以单一元素加入，也可以混合两两或三种同时加入，两两加入时两种稀土元素之间的比例为1:11:6;HH加入时三种稀土元素之间的比例为1:1:11:5:5。6、一种帝ij备如权禾腰求14所述的高性能铜基合金材料的制备方法，其特征是其主要包括如下步骤(1)将原料在120(M350。C进行熔炼，熔融后注入铸模；(2)合金的热锻热锻温度为850900°C，锻造变形量70~80%;(3)合金的固溶处理其固溶温度85(K960。C，保温时间l2h，然后进行水淬；(4)合金的冷轧变形冷轧变形量3080%;(5)合金的时效工艺采用分级时效工艺，进行多次以上的时效处理和冷轧变形相结合，时效温度选用400~500°C，保温时间为2~6h，时效处理后的变形量为30~70%;⑨合金的最终冷轧变形变形量30~80%。7、根据权利要求6所述的含有稀土的高性能铜基合金材料的制备方法，其特征是所述的合金的时效工艺为二次或二次以上的分级时效。8、根据权利要求7所述的含有稀土的高性能铜基合金材料的制备方法，其特征是所述的合金的分级时效工艺中的时效处理温度是逐级降低的。全文摘要本发明公开的一种含有稀土的高性能铜基合金材料含有重量百分比为0.02～0.15％的稀土元素、0.9～4.0wt％镍、0.2～1.0wt％硅、0.01～0.15wt％锆，其余为铜和不可避免的杂质。其制备方法包括熔炼、热锻、固溶以及随后的分级时效。其中固溶温度850～960℃，保温时间1～2h；时效温度400～500℃，保温时间为2～6h。同时可根据综合性能需要对合金进行两次或两次以上的时效处理。本发明所得成品的抗拉强度达到600～900MPa、电导率达到45～75％IACS、延伸率达到5％以上、软化温度在500℃以上。能较好地满足引线框架材料等电子工业领域用材料对铜合金综合性能的要求。文档编号C22C9/06GK101392336SQ20081023080公开日2009年3月25日申请日期2008年11月10日优先权日2008年11月10日发明者伟任,勇刘,平刘,宋克兴,毅张,田保红,苏娟华,贾淑果,赵冬梅,赵培峰申请人:河南科技大学