一种高强高弹铜镍铝硅合金及其制备方法和应用与流程

本发明涉及金属加工，具体涉及一种高强高弹铜镍铝硅合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球5g通信的飞速发展，用于电子电器的元器件也得到快速更新迭代，一些电子电器的元器件做的更加微型化，同时使用的功率也越来越大，这就要求连接器越来越薄，连接器的强度、弹性和导电率要求也越来越高。

2、目前这类连接器使用的较多的是铍铜c17200，因其有较高的强度、良好的弹性和抗应力松弛特性。高端的机械键盘按键弹片使用的铍铜c17200厚度规格为0.12-0.2mm，硬度大于350hv，强度为1000-1200mpa，弹性模量大于125gpa，导电率17-20iacs％。然而这类铍铜在生产过程如熔炼、铸造、热处理中，及后道加工过程如焊接、切削机加工等高温操作时会形成氧化铍(beo)致癌物，因此，行业提出了代替铍铜17200的需求。同时随着元器件的输出功率越来越大，对于连接器的铜合金要求导电率大于25iacs％，铍铜17200的导电率也无法满足要求。因此，需要开发一种高强高弹铜合金带材，以满足此种连接器的要求。

3、铜镍硅铝合金因其高导电率而备受关注。公告号为cn112853149b的专利公开了在铜基体中添加ni、al、si等元素，通过nisi和nial析出相的协同强化作用，降低晶格畸变，可提高合金元素析出率，使合金抗拉强度达到950mpa以上，合金的导电率达到26％iacs以上，同时显著提升了合金的拉伸疲劳性能。专利cn117568656a中通过添加了ni、co、si、al元素，使合金组织结构中存在β-ni3si，δ-(co,ni)2si和ni3al三种强化相，给出合金带材的抗拉强度达到1100mpa以上，屈服强度达到950mpa以上，导电率达到30％iacs以上，硬度达到300hv以上，抗高温软化在450℃温度下保温2h后硬度能达到软化前硬度85％以上，同时耐应力松弛特性在150℃下保温100h应力松弛率小于5％。使得铜镍铝硅合金体系有望成为替代铍青铜的一种方案。但专利cn117568656a中镍、银元素用量高，成本高。

4、有鉴于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是针对当前技术的不足之一，提供一种高强高弹铜镍铝硅合金，以获得高强高弹高导电的青铜产品。

2、本发明的第二目的是提供一种高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法。

3、本发明通过如下技术方案实现：一种高强高弹铜镍铝硅合金，所述合金组分按重量百分比包括：ni：4～6％；co：1～2％；al：1～1.5％；si：1～1.5％；余量为cu以及不可避免的杂质，且ni/al含量比为8～10；所述合金的组织结构包括基体α相以及分布于基体α相中的强化相，所述基体α相的晶粒度小于8μm，所述强化相包括δ-(co，ni)2si、δ-(co，ni)2al、β-ni3si和β-ni3al，所述强化相的颗粒直径≤10nm，单位面积颗粒密度≥5000个/μm2。δ-(co，ni)2si、δ-(co，ni)2al、β-ni3si和β-ni3al四种第二相强化相的存在，提高基体铜镍铝硅合金的强度和抗高温软化性能，在原有高导电基体中进一步得到具有超高的强度、优异的抗高温软化、良好的折弯性和导电性能的铜合金。cu-ni-al合金是沉淀强化型合金，铝在铜-镍合金中的固溶度较低，并随着温度的下降而减小，铝还能显著提高合金的耐蚀性。该类合金具有优良的耐蚀性和高强度，弹性好，易于压力加工，易于焊接。

4、进一步的，所述合金组分按重量百分比还包括含量为0.05～0.15％的mg。mg的加入促进第二相的生成。

5、进一步的，所述组织晶粒度小于3μm。严格控制组织晶粒度是保证合金性能的重要因素。

6、进一步的，所述合金的硬度在350hv以上，抗拉强度大于1068mpa，屈服强度大于1044mpa，导电率大于27iacs％，弹性模量大于129gpa。在满足上述组分及组织结构的条件下，可以得到性能优越的铜合金。

7、一种高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，该合金的制备工艺流程为：配料→熔铸→热轧→冷加工粗轧→一次退火→冷加工中轧→时效热处理→成品轧制→二次退火→成品。将电解铜加入熔炼炉中升温熔化，后铜水直接进入连铸设备的结晶器中进行拉铸形成铸锭，才能进一步对铸锭进行冷热加工，并结合退火时效一并控制组织构成和组织形态，最后得到所需的高强高弹铜合金。

8、进一步的，熔炼铜水温度控制在1250～1300℃，采用半连铸方式铸造铸锭。将原料完全熔化调质除渣后再进行半连铸拉铸成铸锭，这样的熔铸方式可以使得成分均匀，铸锭组织稳定，耗时短。

9、进一步的，整个热轧过程加工率在90％以上，冷加工粗轧加工率控制在80～90％；一次退火温度为950～1000℃，冷加工中轧加工率控制在80～90％。加工率高，成品尺寸小，更容易得到片材或线材等其他成品，退火温度影响组织结构。

10、进一步的，时效热处理加热温度200～280℃，成品轧制加工率控制在30～40％，二次退火温度320～350℃，退火速度80～100m/min并采用还原气氛。时效热处理、成品轧制后再进行去应力退火，进一步改善工件的显微组织。

11、进一步的，冷加工粗轧前还包括铣面的步骤，一次退火前还包括切边的步骤，二次退火后还包括清洗脱脂的步骤。铣面、切边去除不符合要求的表皮，清洗脱脂除去工件表面的杂质，再进行后续成品分条包装。

12、一种高强高弹铜镍铝硅合金在高端电子电器连接器上的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过选择高导电性的铜镍铝硅合金基体，然后再添加co元素，通过成分调控及工艺优化使得基体析出δ-(co，ni)2si、δ-(co，ni)2al、β-ni3si和β-ni3al四种第二相强化相，最终材料成分合适，组织结构优化，合金产品具有超高的强度、超高弹性、优异的抗高温软化、良好的抗折弯性和导电性，合金的硬度在350hv以上，抗拉强度大于1068mpa，屈服强度大于1044mpa，导电率大于27iacs％，弹性模量大于129gpa，满足高端的机械键盘按键弹片使用需求，有望替代铍青铜在该领域的使用。

技术特征：

1.一种高强高弹铜镍铝硅合金，其特征在于，所述合金组分按重量百分比包括：ni：4～6％；co：1～2％；al：1～1.5％；si：1～1.5％；余量为cu以及不可避免的杂质；所述合金的组织结构包括基体α相以及分布于基体α相中的强化相，所述基体α相晶粒度小于8μm，所述强化相包括δ-(co，ni)2si、δ-(co，ni)2al、β-ni3si和β-ni3al，所述强化相的颗粒直径≤10nm，单位面积颗粒密度≥5000个/μm2。

2.根据权利要求1所述的一种高强高弹铜镍铝硅合金，其特征在于，所述合金组分按重量百分比还包括含量为0.05～0.15％的mg。

3.根据权利要求1所述的一种高强高弹铜镍铝硅合金，其特征在于，所述基体α相晶粒度小于3μm。

4.根据权利要求1所述的一种高强高弹铜镍铝硅合金，其特征在于，所述合金的硬度在350hv以上，抗拉强度大于1068mpa，屈服强度大于1044mpa，导电率大于27iacs％，弹性模量大于129gpa。

5.权利要求1-4中任一项高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，其特征在于，该合金的制备工艺流程为：配料→熔铸→热轧→冷加工粗轧→一次退火→冷加工中轧→时效热处理→成品轧制→二次退火→成品。

6.根据权利要求5所述的高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，其特征在于，熔炼铜水温度控制在1250～1300℃，采用半连铸方式铸造铸锭。

7.根据权利要求5所述的高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，其特征在于，整个热轧过程加工率在90％以上，冷加工粗轧加工率控制在80～90％；一次退火温度为950～1000℃，冷加工中轧加工率控制在80～90％。

8.根据权利要求5所述的高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，其特征在于，时效热处理加热温度200～280℃，成品轧制加工率控制在30～40％，二次退火温度320～350℃，退火速度80～100m/min并采用还原气氛。

9.根据权利要求5所述的高强高弹铜镍铝硅合金的制备方法，其特征在于，冷加工粗轧前还包括铣面的步骤，一次退火前还包括切边的步骤，二次退火后还包括清洗脱脂的步骤。

10.权利要求1-4中任一项所述的高强高弹铜镍铝硅合金在高端电子电器连接器上的应用。

技术总结
本发明涉及一种高强高弹铜镍铝硅合金及其制备方法和应用，所述合金组分按重量百分比包括：Ni：4～6％；Co：1～2％；Al：1～1.5％；Si：1～1.5％；余量为Cu以及不可避免的杂质，所述合金的组织结构包括基体α相以及分布于基体α相中的强化相，所述基体α相晶粒度小于8μm，所述强化相包括δ‑(Co，Ni)<subgt;2</subgt;Si、δ‑(Co，Ni)<subgt;2</subgt;Al、β‑Ni<subgt;3</subgt;Si和β‑Ni<subgt;3</subgt;Al，所述强化相的颗粒直径≤10nm，单位面积颗粒密度≥5000个/μm<supgt;2</supgt;。该合金具有超高的强度、优异的抗高温软化、良好的折弯性和导电性能，在高端的电子电器连接器领域有广阔的应用前景。

技术研发人员：曾力维,唐国红,郑少锋,宋杰,汤敏
受保护的技术使用者：宁波金田铜业（集团）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18