專利名稱：無氧銅合金和它的生產(chǎn)方法以及銅合金的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無氧銅合金，其中有提高耐熱性的合金化材料。該合金尤其適用于合金同時(shí)要求好的耐熱性和好的電導(dǎo)率的目的。本發(fā)明還涉及該銅合金的生產(chǎn)方法和該銅合金的應(yīng)用。
大多數(shù)常用銅等級的氧含量，所謂的ETP銅(電解韌銅)，一般為200-400ppm。氧在常規(guī)生產(chǎn)工藝中自然與銅結(jié)合。該氧含量也能被有意識的保持在希望的水平，因?yàn)檠跖c有害物質(zhì)結(jié)合變成不太有害的氧化物。銅的電導(dǎo)率總是越高，銅就越純，并且銅中結(jié)合的氧也會降低傳導(dǎo)性。銅的熱傳導(dǎo)性是和它的電導(dǎo)率成比例的。尤其是為了提高電導(dǎo)率，還產(chǎn)生了含氧量不高于10ppm的所謂的無氧銅。在無氧銅的生產(chǎn)過程中，采用保護(hù)氣體(比如氮?dú)?或采用真空通過在熔體上采用防護(hù)性還原層(比如石墨)來防止氧與熔融銅接觸。
通過在銅中合金化銀，例如合金重量的0.02-0.3％的銀提高了無氧銅的耐熱性。鎂在早期也被用作微合金化成分，通常含量很小。通常其他合金成分也同時(shí)使用。例如在公開出版物US-5118470，JP-A-62080241和JP-A-03291340中，描述了這些類型的合金，它們用于生產(chǎn)在半導(dǎo)體工藝中應(yīng)用的連接線。通過融熔，所述線形成具有完美球形的液滴。所述材料也具有好的拉伸強(qiáng)度。與其他材料不同，例如，在公開出版物JP-A-63140052中也建議鎂作為合金成分。這里鎂含量為3-10ppm，降低了銅的軟化溫度。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的某些缺點(diǎn)并獲得改良的無氧銅合金。本發(fā)明的必要的特征記載于權(quán)利要求書中。
根據(jù)本發(fā)明，按合金的重量計(jì)算，無氧銅中合金化的鎂含量大于30ppm。因而提高了耐熱性，同時(shí)電導(dǎo)率和由此導(dǎo)致熱傳導(dǎo)率也保持在高的水平。根據(jù)本發(fā)明的無氧銅合金的鎂含量大于30ppm，優(yōu)選大于50ppm。鎂含量不高于180ppm，優(yōu)選不高于150ppm。合金的氧含量不高于10ppm，優(yōu)選不高于5ppm，如1-3ppm。該合金尤其適用于要求好的耐熱性的同時(shí)要求好的電導(dǎo)率或熱傳導(dǎo)率的產(chǎn)品中。通過本發(fā)明的鎂合金化，銅的耐熱性能顯著提高。
銅的耐熱性通常用所謂的半軟化溫度(T1/2)來表示。然而，半軟化溫度顯著地依賴于形變量。為了獲得可比較的結(jié)果，半軟化溫度通常用40％和94％的形變量來定義。
銅的電導(dǎo)率通常用所謂的IACS-值(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))來表示。它以占標(biāo)準(zhǔn)無合金化銅的電導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)表示電導(dǎo)率。無氧銅等級的電導(dǎo)率為至少100％IACS。
根據(jù)本發(fā)明的銅合金的半軟化溫度至少與含0.3-0.25％銀的那些合金在同一數(shù)量級。在40％形變量時(shí)，半軟化溫度至少為340℃，優(yōu)選至少380℃。在94％形變度時(shí)，半軟化溫度至少為300℃，優(yōu)選至少335℃。不考慮合金化，電導(dǎo)率仍保持在高水平(大于100％IACS)。導(dǎo)電率優(yōu)選至少大約為101％IACS。
在含量大于180ppm時(shí)，相對鎂量耐熱性的改進(jìn)顯著減弱。電導(dǎo)率和鑄造性也減弱。當(dāng)鎂含量少于30ppm時(shí)，實(shí)際上耐熱性沒有獲得實(shí)質(zhì)改進(jìn)。
在此，鎂提高了純銅的再結(jié)晶溫度。由于鎂原子比銅原子大，所以晶格結(jié)構(gòu)被扭曲，并引起張力。從而錯(cuò)位移動(dòng)變得更加困難。
通過本發(fā)明，在成本上比使用銀節(jié)約了費(fèi)用，因?yàn)殒V顯然比銀便宜，而且需要的量顯著小于銀。由于合金成分的量小，合金化技術(shù)也可以更自由地選擇。
鎂合金化銅可以通過與其他無氧銅等級相似的生產(chǎn)技術(shù)來生產(chǎn)，例如用板坯或棒材鑄造，或水平或垂直地鑄造。在工藝的適當(dāng)步驟中，例如送入鑄造爐的步驟，加入所需量的鎂。因?yàn)殒V很容易與氧反應(yīng)，所以必須特別注意隔絕空氣。還有在與熔體接觸的裝置中，使用鎂不能從中與氧結(jié)合的無氧化物的材料是有利的。鑄造之后通常要熱處理和加工。典型的生產(chǎn)路線可以是在向下板坯鑄造(slab casting downwards)和通過進(jìn)行熱和冷鑄造進(jìn)行加工。使用這些含量，鎂可能導(dǎo)致二次晶粒結(jié)構(gòu)，這在選擇加工溫度時(shí)必須考慮。
磷、硅和硫能與鎂反應(yīng)，從而消弱在耐熱性方面的提高。因此，所述雜質(zhì)的總量優(yōu)選不高于10ppm。
根據(jù)本發(fā)明的銅能用于需要良好的耐熱性的目的。例如電動(dòng)機(jī)的換向器，它包括幾個(gè)片段(segment)，而用于將片段固定在一起的樹脂的溫度，將會升高到大于200℃。而且，本發(fā)明的銅合金能用于在高溫被涂覆的襯底。例如，通過高溫涂覆工藝生產(chǎn)的太陽電池板。一個(gè)目標(biāo)也是用于焊接，尤其是MIG焊接的電極頭，和用于發(fā)電機(jī)上的板片(flat bar)和輪廓(profile)，其中本發(fā)明的銅合金取代了更加昂貴的銅銀合金。
在根據(jù)本發(fā)明的合金中，也能使用其它合金成分。尤其是銀和磷。眾所周知，銀能提高半軟化溫度。優(yōu)選銀含量不高于500ppm。其它可能的合金成分有例如硫、錫、鋅、鎳、硅和碲。優(yōu)選這些成分的含量不高于50ppm。錫也能提高半軟化溫度，但它不如鎂有效，而且，它會大大降低傳導(dǎo)性。
實(shí)施例生產(chǎn)鎂合金化無氧銅合金，其中有50，100和150ppm的以合金重量計(jì)的合金化鎂。該合金的耐熱性和電導(dǎo)率可與已知的銀-銅合金的耐熱性和電導(dǎo)率相當(dāng)。
用每一種材料生產(chǎn)8mm的退火線材。測定線材的電導(dǎo)率。其后將線材拉至6.2mm(形變量40％)或2mm(形變量94％)厚。線材在250-500℃的鹽浴中退火(1h)。結(jié)果示于下表中，其中例如表中標(biāo)記Mg50ppm表示本發(fā)明的合金，其含有50ppm的鎂，標(biāo)記CuAg0.03的表示含銀重量0.027-0.05％的現(xiàn)有技術(shù)的銅合金。
很明顯，鎂含量為50-150ppm時(shí)，獲得的性質(zhì)至少和0.027-0.25％含銀量時(shí)的一樣好。
權(quán)利要求
1.一種含氧量占合金重量至多為10ppm的無氧銅合金，特征在于該合金含有30-180ppm合金重量的鎂，以提高耐熱性。
2.一種如權(quán)利要求1的合金，特征在于該合金含有大于50ppm的鎂。
3.一種如權(quán)利要求1或2的合金，特征在于該合金含有至多150ppm的鎂。
4.一種如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合金，特征在于該合金含有至多5ppm的氧，優(yōu)選1-3ppm。
5.一種如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合金，特征在于40％形變量的半軟化溫度至少為340℃，優(yōu)選至少為380℃。
6.一種如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合金，特征在于94％形變量的半軟化溫度至少為300℃，優(yōu)選至少為335℃。
7.一種如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合金，特征在于電導(dǎo)率至少為100％IACS，優(yōu)選至少為101％IACS。
8.一種如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合金，特征在于合金含有磷、硅和硫，它們的總量不超過10ppm。
9.一種生產(chǎn)無氧銅合金的方法，所述合金含有至多10ppm的氧，特征在于合金中合金化的鎂占合金重量的大于30ppm，但至多為180ppm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8的任意一項(xiàng)或根據(jù)權(quán)利要求9生產(chǎn)的銅合金在產(chǎn)品中的應(yīng)用，其要求具有好的耐熱性和好的電導(dǎo)率或?qū)嵝浴?br> 11.權(quán)利要求10的應(yīng)用，用于電動(dòng)機(jī)換向器。
12.權(quán)利要求10的應(yīng)用，用于焊接電極頭。
13.權(quán)利要求10的應(yīng)用，用于發(fā)電機(jī)輪廓。
14.權(quán)利要求10的應(yīng)用，用于發(fā)電機(jī)板片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為了提高耐熱性而含有30－180ppm，優(yōu)選50－150ppm鎂的無氧銅合金。本發(fā)明還涉及該銅合金的生產(chǎn)方法和該銅合金的應(yīng)用。
文檔編號C22C9/00GK1798854SQ200480008705
公開日2006年7月5日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者I·希耶卡寧, T·倫福什 申請人:奧托庫姆普銅產(chǎn)品公司