一種CuNiSi系彈性銅合金及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種CuNiSi系彈性銅合金及其制備方法。合金化學成分組成：Ni：3.8～5.0％；Si：0.6～1.3％；Al：0.2～0.8％；Mg：0.05～0.2％；Ce：0.05～0.15％；B：0.05～0.10％；Zr：0.05～0.1％；余量是Cu和不可避免的雜質，質量百分數。制備方法包括：熔煉、連鑄、冷軋、熱軋、酸洗、冷軋、固溶處理、酸洗、精軋、時效、表面處理、剪切包裝等步驟。本發明專利技術合金組分合理，生產工藝簡單，節能降耗、生產成本低、操作方便。本發明專利技術所制備的CuNiSi系彈性銅合金具有超高強度、高導電和高抗應力松弛等特性，可適用于航天、航空以及微電子工業的高性能導電彈性器件，如大功率密封電磁繼電器的簧片等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，特別是指一種超高強高導電高抗應力松弛CuNiSi系彈性銅合金及其制備方法。制備的材料主要應用于航天、航空工業以及電子工業中的高性能導電彈性器件等。屬于新材料領域。
技術介紹
隨著高科技產業的發展，對彈性銅合金的綜合性能提出了更高的要求，在很多的使用環境下，如功率型密封電磁繼電器所用的簧片這一彈性材料，其工作環境的溫度高達150°C，因此要求作為簧片的彈性銅合金在此溫度下仍需具有高強度(大于IOOOMPa)、高抗應力松弛(小于10% IACS)和高導電性(大于25% IACS)等性能。鈹青銅具有高強度、高彈性、高硬度、高耐磨性、抗疲勞和優良的導電性能(大于25% IACS)，曾被譽為“彈性銅合金之王”。但該合金含有劇毒元素Be，對環境和人們的健康造成威脅，而且該合金在150°C環境下使用時，材料彈性性能急劇降低，服役100小時后其應力松弛率就高達30%以上，導致器件工作失效，不能滿足工作環境溫度為或高于150°C的器件對導電彈性材料的要求。開發出“環保型”無鈹、并且能夠滿足工作環境溫度為或高于150°C的器件所需要的彈性銅合金，已成為國內外研究與攻關的重點。世界發達國家如美國、日本、德國、俄羅斯等和中國等都投入了大量的精力來開發“環保型”無鈹彈性銅合金，目前已經開發出并使用的合金包括Cu-N1-Al、Cu-N1-Sn、Cu-T1、“卡密隆”、“卡密林”、MHU15-20和德銀合金等新型無鈹彈性銅合金。這些合金具有相當高的強度(彡IOOOMPa)，而且在150°C下應力松弛率很低(小于10% )，因此它們在150°C環境 下使用時仍然保持高的彈性性能，但它們均存在導電率太低的問題(小于15% IACS)，不能滿足導電性能要求更高的器件，如功率型繼電器對彈性材料導電率大于等于25% IACS的基本要求。與上述彈性銅合金相比，Cu-N1-Si系合金在同等強度下具有更高的導電率。通過適當的處理可獲得高強度、高導電性，已經作為超大規模集成電路引線框架材料而備受關注。該系列合金的研究非?；钴S，世界各國現已開發出了二十余種Cu-N1-Si系銅合金框架材料，最高性能已達到抗拉強度為750MPa、導電率為45% IACS。Cu-N1-Si系合金是一種典型的時效強化銅合金，目前研究和開發的重點多集中于Ni含量小于3.75%的Cu-N1-Si合金，與許多銅合金相似，Cu-N1-Si合金在不同的成分和時效條件下可能會析出不同的相，只有通過高合金化，利用時效處理，在銅合金中產生足夠高密度的納米強化粒子，才能使銅合金獲得超高強度(大于IOOOMPa)?！俺邚?、高導電CuNiSiSnMg系彈性銅合金及其制備方法”(ZL200810032004.2)和“一種超高強、高抗應力松弛CuNiSiAl系彈性銅合金制備方法”(ZL201010571290.7)分別公開了兩種超高強高抗應力松弛CuNiSi系彈性銅合金及其制備方法，但是均存在一些生產上的成本壓力和經濟效益，難以滿足工業生產的應用要求。(I)公開的專利“超高強、高導電CuNiSiSnMg系彈性銅合金及其制備方法”(200810032004.2)提供了一種CuNiSiSnMgZr合金具有超高的強度、良好的導電性能和優異的抗應力松弛性能。但其制備過程中存在一些不足之處，如因為添加了 Sn元素造成了錠坯的偏析嚴重，需要較長時間的均勻化處理；需要控制的雙級固溶處理難以控制升溫速率，實現難度大；且其所述的非真空二次重熔工藝難以大規模、工業化生產。(2)專利“一種超高強、高抗應力松弛CuNiSiAl系彈性銅合金制備方法”(ZL201010571290.7)公開的專利中所述制備方法為:①配料:合金成分范圍(質量百分數)為:N1:5.3 6.3wt% ；S1:0.9 1.6%，Al:0.2 1.0wt% ；Mg:0.05 0.2wt% ；Cr:0.05 0.3wt % ;余量是Cu。②熔鑄；③均勻化處理(930°C 940°C氮氣保護爐中均勻化處理3 5小時)；④熱軋；⑤固溶處理(940°C 960°C );⑥冷軋；⑦時效處理再冷軋；共8個步驟，該專利制備方法制備獲得的合金主要性能為:抗拉強度為1182 1204MPa,電導率為26.8 30.8% IACS，應力松弛率為7.5 7.8%。該專利在熔鑄后要進行均勻化處理(930°C 940°C氮氣保護爐中均勻化處理3 5小時)，能耗非常大；同時固溶處理(940°C 960°C固溶處理4 6小時)的溫度非常高，能耗也非常高，使得生產成本較高，工藝化生產難度還是比較大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種高導電率高抗應力松弛的CuNiSi系彈性銅合金及其制備方法。為了達到上述目的，本專利技術的CuNiSi系彈性銅合金的成分組成(重量百分比)為:N1:3.8 5.0 % ；S1:0.6 1.3 % ；A1:0.2 0.8 % ；Mg:0.05 0.2 % ；Ce:0.05 0.15% ；B:0.05 0.10% ；Zr:0.05 0.10% ;余量為 Cu。優選地，本專利技術的CuNiSi系彈性銅合金的成分組成(重量百分比)為:Ni:4.5 4.8% ；Si:0.8 1.0% ；A1:0.5 0.6% ；Mg:0.1 0.15% ；Ce:0.08 0.1% ;B:0.07 0.08% ；Zr:0.05 ~ 0.08% ;余量是 Cu。本專利技術的一種CuNiSi系彈性合金的制備方法，包括以下步驟:①熔煉:將電解銅和鎳放入加熱爐中熔化，熔化溫度1310 1400°C，待其完全熔化后，降溫至1200 1280 V，再將鋁、銅-硅中間合金、銅-鎂中間合金、銅-鋯中間合金、銅-鈰中間合金和鎳-硼中間合金分別加入，熔勻后形成合金熔體，使得熔體成分范圍(重量百分比)為:Ni:3.8 5.0% ；S1:0.6 1.3% ；A1:0.2 0.8% ；Mg:0.05 0.2% ；Ce:0.05 0.15% ；B:0.05 0.10% ；Zr:0.05 0.10% ;余量為Cu ;②連鑄:在連續鑄造機上連鑄成板坯，鑄造溫度保持在1240 1300°C，鑄造速度2.5 4.5m/h，冷卻水壓力0.01 0.03MPa ;③冷軋:將獲得的鑄造板坯進行雙面銑面后，直接進行冷軋，冷軋變形量25 35% ;④熱軋:將獲得的冷軋板坯加熱至800 850°C熱軋；熱軋變形量40 80% ;⑤冷軋:將酸洗后的熱軋板材進行冷軋，冷軋變形量40 60% ;⑥固溶處理:將冷軋板在還原性氣體或惰性氣體保護的保溫爐中于890 920°C固溶處理2 6小時，水霧化淬火；⑦精軋:將酸洗板材進行冷精軋，變形量40 60% ;⑧時效處理:在450 500°C時效處理30 180分鐘。本專利技術專利制備CuNiSi合金主要性能為:抗拉強度為1002 1255MPa，導電率為35.1 39.7% IACS ;應力松弛率為6.5 6.9%。本專利與專利200810032004.2專利相比，避免了 Sn的鑄錠偏析影響，生產成本更低廉、工藝更簡單、更適合工業化生產、各項性能指標更優異。本專利與專利ZL201010571290.7專利相比，省去了均勻化退火高耗能環節，并降本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CuNiSi系彈性銅合金，其特征是，組成如下(重量百分比)：Ni：3.8～5.0％；Si：0.6～1.3％；Al：0.2～0.8％；Mg：0.05～0.2％；Ce：0.05～0.15％；B：0.05～0.10％；Zr：0.05～0.10％；余量是Cu。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李周，劉占海，王士杰，雷前，趙峰，姜業欣，田秀山，馬云才，肖韜，張西軍，李思，劉娜，肖柱，梁琦明，李學帥，孫克斌，田英明，荊巖，付連岳，胡海軍，
申請(專利權)人：中南大學，中色奧博特銅鋁業有限公司，
類型：發明
國別省市：