專利名稱：：銅合金及其用途的制作方法銅合金及其用途
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅合金及其用途。
背景技術(shù)：
：原來注塑等塑性材料成形加工用的模具材料多數(shù)采用碳鋼、工具鋼等，由于這些材料的熱傳導(dǎo)率低，就會(huì)帶來注塑成形時(shí)的壓射周期時(shí)間變長(zhǎng)的問題。為了解決此問題，提出了種種關(guān)于用銅合金作為注塑成形的模具材料，例CDAAllyNoC-1800日本國(guó)特公昭62-14215號(hào)公報(bào)、特開平2-190430號(hào)公報(bào)、及特開平4-218631號(hào)公報(bào)是提出用Cn-Ni-Si系合金。這些材料比原有的鋼材要有較高的熱傳導(dǎo)率、雖已滿足了以上的要求、但對(duì)切削性這點(diǎn)還是不夠。因此希望在擁有高熱傳導(dǎo)率的同時(shí)，也擁有優(yōu)良的切削性的成形模具材料的出現(xiàn)。作為焊接機(jī)器用的高導(dǎo)電性及高強(qiáng)度的材料，主要以Be-Cu合金(美國(guó)電阻焊接制造協(xié)會(huì)RWMA規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)三種，標(biāo)準(zhǔn)四種，CDAAlloyNoC-17200、C-17510,Cu-Ni-Si系合金(RWMA標(biāo)準(zhǔn)三種CDANoC-18000為主)。由于Be的氧化物對(duì)人類健康有害，部分國(guó)家已被禁止使用。而CDANoC-18000的機(jī)械性能不夠。因此希望開發(fā)具有良好的切削性、鑄造性及高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度的材料代替上述材料。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的熱傳導(dǎo)性及切削性的注塑等塑性材料成形加工用的銅合金模具材料;本發(fā)明的另一目的是提供一種具有高導(dǎo)電性及高強(qiáng)度焊接機(jī)器用的銅合金材料。本發(fā)明的技術(shù)方案為通過研究在過去利用電子零件的半導(dǎo)體及接觸端子等材料作為注塑成形的模具材料、焊接機(jī)器用材料，來完成本發(fā)明。本發(fā)明的第一種銅合金含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.34.5%的硅，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.012.1%。本發(fā)明的第二種銅合金含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.34.5%的硅，0.0050.3%的鎂，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.0~12.1%。第二種銅合金中，優(yōu)選所述的鎂的重量比為0.070.3%。本發(fā)明的第三種銅合金含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.34.5%的硅，0.0050.3%的鋯，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.0~12.1%。本發(fā)明的第四種銅合金含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.3~4.5%的硅，0.0050.3%的鎂，0.005~0.3%的鋯，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.012.1%。本發(fā)明的第一種、第二種、第四種技術(shù)方案中的銅合金在用于制造塑性材料成形加工用模具的應(yīng)用。本發(fā)明的第一種、第三種、第四種技術(shù)方案中的銅合金在用于制造焊接機(jī)器用的電極材料的應(yīng)用。對(duì)于上述合金中，選取各成分及其重量百分比的理由如下Ni+Co:2.0~12.1%Ni及Co、Si通過固溶化處理、時(shí)效處理，析出Ni-Co-Si金屬化合物，是增加銅合金強(qiáng)度的元素。如果添加量超出12.1%時(shí)，會(huì)使熱傳導(dǎo)性、導(dǎo)電率的降低及影響加工性；還有少于2.0%時(shí)，就達(dá)不到理想的強(qiáng)度，因此要在以上這個(gè)范圍之內(nèi)。Si:0.34.5%Si如上述Ni+Co所記載的，是增加銅合金強(qiáng)度的元素。如果添加量超出4.5%時(shí)，會(huì)使熱傳導(dǎo)性、導(dǎo)電率的降低及影響加工性。還有少于0.3%時(shí)，就達(dá)不到理想的強(qiáng)度，因此要在以上這個(gè)范圍之內(nèi)。Mg:0.0050.3%Mg在銅合金中起到強(qiáng)化晶界、提高熱加工性作用的元素。還有加入Mg:0.07-0.30%,切削性有顯著的提高。Zr:0.005~0.3%Zr與Mg同樣起到強(qiáng)化晶界、提高熱加工性、細(xì)化晶粒作用，如果超出0.3%時(shí)，相反會(huì)降低熱加工性。本發(fā)明的銅合金材料，是以上述的Ni+Co、Si、Zr、Mg合金元素作為極其單純的合金組成，除上述元素以外的雜質(zhì)元素盡量減少。不可避免混入的雜質(zhì)元素例Zn、Cr、Mn、C、P等的具體控制要求為Zn:0.01%以下；Cr:0.01%以下；Mn:0.01%以下；C:0.01%以下；P:0.05%以下。這些雜質(zhì)元素超出上述范圍時(shí)，會(huì)降低其導(dǎo)電率。如果還含有除上述以外的雜質(zhì)元素，盡量控制到最少。本發(fā)明的銅合金模具材料，其導(dǎo)電率要求在IACS。/。45以上時(shí)，必須含有上述的Ni+Co、Si元素成分。其中Ni+Co:Si的比率在4:1到5.5:1的范圍為最好。本發(fā)明的銅合金模具材料的制造工藝溶解鑄造成所規(guī)定合金組成的鑄錠；通過鍛造或軋制加工進(jìn)行分塊、成型，得到所要的形狀的合金材料后、進(jìn)行固溶處理，固溶體化處理溫度為850950'C范圍內(nèi)。急冷后、進(jìn)行機(jī)加工、形成所要的合金形狀。在400600'C范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理。本發(fā)明的銅合金模具材料希望得到的硬度范圍為HRC20~36。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的銅合金模具材料與原來的注塑模具銅合金材料相比，大大提高了熱傳導(dǎo)率、縮短了成型壓射周期、有著顯著的切削性，特別是在高速切削時(shí)，與原來的注塑模具銅合金材料相比，提高10倍以上的切削性、加工性。本發(fā)明的銅合金模具材料以簡(jiǎn)單的加工工藝、低成本來制造各種形狀的模具及模具材料，也可利用在鋁合金、鎂合金的壓鑄模等。2、本發(fā)明的焊接機(jī)器用銅合金材料與原來的鈹銅系材料相比，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，極其提高了導(dǎo)電率，且不含會(huì)污染環(huán)境有害健康的Be元素。高硬溫度高。而且添加了少量的鎂，加倍提高了切削性，特別是在高速切削時(shí)，比鈹銅提高了IO倍以上的切削性。相對(duì)也提高了零件的加工精度和生產(chǎn)的可行性。具體實(shí)施例方式本發(fā)明銅合金棒的化學(xué)成分組成，及其制造條件、機(jī)械特性和導(dǎo)電率如下表1和表2:表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明的銅合金材料，由上述合金組成，與原來的注塑模具銅合金相比，熱傳導(dǎo)率增加了1.5~1.8倍，而且切削性也有顯著的改善，特別是高速切削時(shí)，與原來的注塑模具銅合金相比，提高了10倍以上。下述的表3中的合金組成是通過熔煉坯錠、鍛造分解及熱加工后、900'C固溶體化處理、投入水中急冷、450500'C時(shí)效處理而成，硬度達(dá)到HRC23的模具材料。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>焊接機(jī)器用的銅合金電極材料是以美國(guó)電阻焊接制造協(xié)會(huì)(RWMA)標(biāo)準(zhǔn)3種、4種為標(biāo)準(zhǔn)，主要是以Be-Cu(C-17200、C-17510)、Ni-Si-Cr-Cu(C-18000)合金為主，被廣泛利用。因這些合金含有Be元素，其導(dǎo)電率低、彎曲加工性差。本發(fā)明合金導(dǎo)電率(IACS)50%以上、抗拉強(qiáng)度960Mpa、延伸率8%以上，具有高導(dǎo)電率極其優(yōu)越的熱傳導(dǎo)性和機(jī)加工性。在用于各種焊接機(jī)的焊接桿、主機(jī)等能體現(xiàn)出優(yōu)良的特性。所得的模具材料，進(jìn)行切削性試驗(yàn)。針對(duì)低速切削和高速切削2種切削條件、切削距離(m)及外周刀的磨損程度(mm)的評(píng)價(jià)測(cè)定。其他的切削條件如下切削裝置MHNC-40、切削刀MM64(OSG公司產(chǎn))、切削方法側(cè)面切肖lj(Down)、切入量15X2mm、切削油DRY。低速切削的條件為轉(zhuǎn)速680min"(21m/min)、送刀行程109mm/min"(0.08mm/刀)；高速切削的條件為轉(zhuǎn)速1120min"(35m/min)、送刀行程180mm/min"(0.08mm/刀)。所評(píng)價(jià)的結(jié)果(外周刀的磨損度(mm))見表4。固溶體化處理后、時(shí)效處理、切削加工成所定的形狀后的銅合金材料的物理特性如表5。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上述表4結(jié)果表明，本發(fā)明的銅合金模具材料有著優(yōu)越的切削性能，與相比較的銅合金相比，是低速切削時(shí)的2倍以上，是高速切削時(shí)的10倍以上，表5的結(jié)果表明，熱傳導(dǎo)率是原有銅合金的1.5倍。將本發(fā)明用作于焊接機(jī)零件(彎臂、接桿、工具等)也是一種很好的材料，具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電及耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。和原來常用的C-17200鈹銅具有相同的強(qiáng)度、導(dǎo)電性。但Be屬于稀有資源，價(jià)格高。為了排除環(huán)境污染、有害人體身體健康等問題，則不希望使用Be元素，而急需一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電及加工性良好的材料來代替。Ni+Co。/。為5.012.1%的合金與原來的Be-Cu合金(C17300)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1、不含Be元素；2、具有高導(dǎo)電(高熱傳導(dǎo)性)；3、成形、車削加工后，經(jīng)過熱處理后，變形、收縮??；4、高溫硬度高。實(shí)施例20和比較例10其各自的硬度、熱傳導(dǎo)率、密度、熱膨脹耐力、抗拉強(qiáng)度、扭力、高溫強(qiáng)度如表6所示；高溫硬度比較如表7所示。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明的高強(qiáng)度合金Ni+Co%:5.012.1%的組成范圍如下表8所示:表8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>比較合金成分如下表9表9<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>原來合金B(yǎng)e-Cu合金組成如下表10:表10<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>各實(shí)施例與比較合金的制造條件、機(jī)械特性和導(dǎo)電率燈如下表11。表11<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種銅合金，其特征在于含有重量比為大于等于0.1％小于12.0％的鎳，大于等于0.01％小于12.0％的鈷，0.3～4.5％的硅，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.0～12.1％。2、一種銅合金，其特征在于含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.3~4.5%的硅，0.005~0.3%的鎂，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.012.1%。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅合金，其特征在于所述的鎂的重量比為0.070.3%。4、一種銅合金，其特征在于含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.34.5%的硅，0.0050.3%的鋯，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.012.1%。5、一種銅合金，其特征在于含有重量比為大于等于0.1%小于12.0%的鎳，大于等于0.01%小于12.0%的鈷，0.34.5%的硅，0.005~0.3%的鎂，0.005~0.3%的鋯，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.0~12.1%。6、根據(jù)權(quán)利要求1—5中的任一項(xiàng)的銅合金，其特征在于合金中鋅的重量比小于0.01。/。，鉻的重量比小于0.01%,錳的重量比小于0.01%,碳的重量比小于0.01%,磷的重量比小于0.05%。7、根據(jù)權(quán)利要求l一5中的任一項(xiàng)的銅合金，其特征在于合金中所述的鎳與鈷的總重量比與硅的重量比的比值為4:15.5:1。8、根據(jù)權(quán)利要求1或2或5的銅合金用于制造塑性材料成形加工用模具的應(yīng)用。9、根據(jù)權(quán)利要求1或4或5的銅合金用于制造焊接機(jī)器用的電極材料的應(yīng)用。全文摘要本發(fā)明涉及一種銅合金，含有重量比為大于等于0.1％小于12.0％的鎳，大于等于0.01％小于12.0％的鈷，0.3～4.5％的硅，余量為銅和雜質(zhì)；其中，所述的合金中鎳與鈷的總重量比為2.0～12.1％；此種合金可用于制造塑性材料成形加工用模具和制造焊接機(jī)器用的電極材料的應(yīng)用；本發(fā)明的銅合金模具材料與原來的注塑模具銅合金材料相比，大大提高了熱傳導(dǎo)率、縮短了成型壓射周期、有著顯著的切削性，焊接機(jī)器用銅合金材料與原來的鈹銅系材料相比，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，極其提高了導(dǎo)電率，相對(duì)也提高了零件的加工精度和生產(chǎn)的可行性。文檔編號(hào)C22C9/00GK101173333SQ200710166728公開日2008年5月7日申請(qǐng)日期2007年11月1日優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日發(fā)明者松尾有恒申請(qǐng)人:松尾有恒