專利名稱：一種用于引線支架的銅鐵合金的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金的制造方法，尤其涉及一種用于制造引線支架的合金的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國的一個重要支柱產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體器件作為這個支柱產(chǎn)業(yè)的基石，其包括外部封裝和內(nèi)部集成電路；集成電路(IC)包括芯片、引線和引線支架、粘接材料、封裝材料等。其中，引線支架的主要功能是為芯片提供機械支撐載體，同時也具有連接外部電路、傳送電信號以及散熱等功能。因此IC封裝需要具備高強度、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱性及良好的可焊性、耐蝕性、塑封性、抗氧化性等綜合性能。
我國引線支架材料的研究、試制、生產(chǎn)起步較晚，引線支架銅帶生產(chǎn)規(guī)模小、品種規(guī)格少，目前只有少數(shù)企業(yè)可以進行批量生產(chǎn)很少型號的合金，而且存在質(zhì)量精度差，質(zhì)量不穩(wěn)定、軟化點低、內(nèi)應(yīng)力不均勻、寬度與厚度公差超差、外觀要求不合格等問題。目前銅鐵合金作為制造引線支架的主要材料，已占到市場總額的80%，合金牌號具有100多種。
其中我國生產(chǎn)的C194合金是其中具有代表性的一種。但是，目前生產(chǎn)的C194引線支架銅鐵合金的質(zhì)量還不能滿足要求，精度差，品種規(guī)格少，性能不穩(wěn)定，銅帶成品率不到50%，在板型狀況、殘余內(nèi)應(yīng)力、表面光潔度、邊部毛刺等方面存有較大缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種引線支架用銅鐵合金的制造方法，其可以有效解決引線支架用銅鐵合金綜合性能不滿足生產(chǎn)要求、合金組織不均勻、析出相細小彌散化等問題，采用本發(fā)明的制造方法制備的銅鐵合金的抗拉強度、硬度、延伸率、電導(dǎo)率及軟化溫度等特性均能較好地滿足電子工業(yè)領(lǐng)域?qū)σ€支架材料性能的諸多要求。
本發(fā)明的用于引線支架的銅鐵合金制造方法包括以下步驟
(I)首先將主料及輔料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相線溫度至380°C 的溫度范圍內(nèi)以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，在制造過程中控制合金成分及含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%, Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)；
(2)將得到的鑄坯在1000°C以下的加熱溫度進行熱軋壓延，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)；
(3)將熱軋帶材反復(fù)進行冷軋壓延和300°C 600°C雙級連續(xù)退火，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo為O. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)；
(4)進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，再進行420°C以下的低溫退火，得到帶材成品，在制造過程中控制成分含量Fe為2. O 2. 6wt%, Ti為O. 05 O. IwtB 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%, Mo 為 O. 01 I. 5wt%、其余組分為 Cu和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，步驟(I)中的主料為I號電解銅，輔料為銅鐵中間合金、銅硼中間合金、單質(zhì)鈦、單質(zhì)鈉和混合稀土。
優(yōu)選地，在步驟(2)熱軋壓延加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 μ m ;
優(yōu)選地，在步驟(3)中冷軋退火加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 μ m。
優(yōu)選地，經(jīng)步驟(4)制得的銅鐵合金還含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于O. 05wt%。
優(yōu)選地，所述銅合金的抗拉強度為600MBa以上、硬度180Hv以上、電導(dǎo)率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上。
本發(fā)明的引線支架銅鐵合金的制備方法的有益效果是
(I)本發(fā)明銅鐵合金綜合性能優(yōu)越、合金組織均勻、析出相細小彌散，且合金價格相對較低，生產(chǎn)效率高；
(2)成品的抗拉強度達到600MBa以上、硬度180Hv以上、電導(dǎo)率66% IACS以上、 延伸率7. 0%以上，能較好地滿足電子工業(yè)領(lǐng)域?qū)σ€框架材料性能的諸多要求；
(3)本發(fā)明引線支架用銅鐵合金還具有優(yōu)良的熱加工性，有利于生產(chǎn)制造，是生產(chǎn)弓I線支架等電氣電子部件的最佳材料。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地理解本發(fā)明的用于引線支架的銅鐵合金制造方法，下面通過具體實施方式
詳細描述其技術(shù)方案。
為滿足引線支架等電氣電子部件用材料所要求的種種特性，本發(fā)明提供一種用于引線支架的銅鐵合金的制造方法，選擇最佳的Ti、B、Na、Mo的組分含量，以最合適的鑄坯冷卻條件、鑄坯的軋制加工條件和熱處理條件等先進的工藝手段進行生產(chǎn)制造。
本發(fā)明中所有含量、配比或百分比均為質(zhì)量比。
引線支架用銅鐵合金，該銅鐵合金中的Fe 2. O 2. 6wt%> Ti :0. 05 O. Iwt%> B 0. 01 O. 03wt%,Na 0 O. 05wt%,Mo :0. 01 I. 5wt%，銅合金中還含有 As、Sb、Bi、 Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于O. 05wt%，并且S含量在25BBm以下；該銅鐵合金的抗拉強度600MBa以上、硬度180Hv以上、電導(dǎo)率66% IACS以上、延伸率7.0% 以上。
本發(fā)明銅鐵合金的各成分含量Fe是合金中的主要強化元素，合金經(jīng)過合適的時效處理后，F(xiàn)e元素以彌散分布的質(zhì)點形式分布于銅基體中而起到時效強化作用。由于常溫下Fe在Cu中的飽和溶解度極小(在300°C以下僅為O. 0004% )，合金可以實現(xiàn)較高的電導(dǎo)率；通過添加少量的Fe可以細化晶粒，延遲銅的再結(jié)晶過程，提高其強度及硬度，但Fe元素過量會降低銅的塑性、電導(dǎo)率與導(dǎo)熱率，F(xiàn)e元素的添加量控制在2. O 2. 6的范圍。
Ti的加入可以防止在金屬基體與鍍層中間出現(xiàn)脆性第二相等作用，可以改善合金的焊接性能，但過量添加Ti元素會降低合金的導(dǎo)電性能，將Ti元素的含量限制在O. 05 O. I的范圍。
在室溫時，B在銅中的溶解度幾乎為零，會降低銅的電導(dǎo)率及導(dǎo)熱率，但其對銅的力學(xué)性能及焊接性能有良好的影響，B還能提高銅鐵合金熔體的流動性，B在冶煉銅鐵合金時是以脫氧劑的形式加入，多余的B固溶在銅基體中能防止氫脆；在合金的時效過程中，B 還與Fe結(jié)合，形成Fe3B的析出物而起到一定的時效強化作用。B的加入是為了脫氧，固溶在銅基體中防止氫脆，而不是通過析出Fe3B來強化。在充分發(fā)揮B元素的有利作用的同時，應(yīng)盡量降低B含量，以保證合金的高導(dǎo)電性能，將B元素的含量限定在O. 01 O. 03的范圍。
加入微量的Na使銅的電導(dǎo)率下降，但能提高銅的抗高溫氧化能力，且對銅有脫氧作用。與限定B元素的原則相同，Na元素的含量限制在O O. 05的范圍。
混合稀土元素Mo的作用主要是
(I)脫氧去氫稀土的化學(xué)活性很強，與氧的親和力遠大于銅與氧的親和力，且生成熔點比銅高、密度比銅小的稀土氧化物，收到良好的脫氧作用；稀土與氫結(jié)合成密度小的氫化物，上浮至銅液表面，在高溫下重新分解，排出氫氣，或被氧化進入熔渣而被除去；
(2)熔體凈化稀土對其它有害元素的脫除作用也很明顯，這些高熔點的稀土化合物將保持固體狀態(tài)與熔渣一起從液體銅中排出，從而達到脫除有害雜質(zhì)的作用，稀土尤其可以明顯地去除晶界雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素去除后增加了 Fe、B等元素的有效量，可大幅度提聞合金的強度；
(3)細化晶粒在合金中添加Mo，熔鑄過程中可明顯細化晶粒，使合金經(jīng)后續(xù)形變熱處理后合金塑性提高；
(4)促進第二相粒子析出在合金中添加Mo后，帶材中析出的第二相粒子(單質(zhì)鐵)細小、彌散，尺寸大概在5 20nm ;此外，添加Mo后可以提高合金的再結(jié)晶溫度，從而改善合金的抗高溫軟化性能，本發(fā)明中合金的軟化溫度均在480°C以上，添加適量的混合稀土 Mo，成分范圍控制在0.01 1.5。
在本發(fā)明技術(shù)方案中，基于主料不純物中硫?qū)に嚰爱a(chǎn)品的影響，其主料選用I 號電解銅，不純物里要盡可能少地含硫，而且要防止沖壓加工時由于機油污染而混入S，即使少量的S也會使熱軋加工時的變形性能急劇下降，控制S的含量，可以避免熱軋時工件開裂。通常，S的含量必須小于O. 0025wt%，理想值是小于O. 0015wt%。
本發(fā)明的用于引線支架的合金制造方法包括如下步驟
(I)首先將I號電解銅在1250 1350°C熔化，加入銅鐵中間合金、銅硼中間合金、鈉單質(zhì)、鈦單質(zhì)和混合稀土等熔融后進行小型立式半連續(xù)鑄造，利用坯模進行一次冷卻和利用水淋進行二次冷卻，使液相線至380°C的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度在80°C /min以上，在制造過程中控制成分含量Fe為2. O 2. 6wt%、Ti為O. 05 O. lwt%、B為O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(2)鑄坯在900 1000°C的溫度范圍內(nèi)加熱后，經(jīng)熱軋壓延使其厚度達到6mm，熱軋壓延的結(jié)束溫度為700°C，通過急冷使晶粒尺寸小于50 μ m，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%, Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(3)將熱軋帶材反復(fù)進行冷軋壓延使其厚度為1mm，在300°C 600°C的溫度范圍內(nèi)進行雙級退火，使退火后的壓延帶材的晶粒直徑小于50 μ m，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%,Ti 為 O. 05 O. lwt%,B 為 O. 01 O. 03wt%,Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt% ；
(4)冷軋壓延使厚度達到O. 5mm，再進行低溫退火，得到帶材成品；在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. O 2. 6wt%, Ti 為 O. 05 O. Iwt B 為 O. 01 O. 03wt%, Na 為 O O. 05wt%,Mo 為 O. 01 I. 5wt%。
本發(fā)明的制造工藝中合金原料為I號電解銅、銅鐵中間合金、銅硼中間合金、鈉單質(zhì)、鈦單質(zhì)和混合稀土，采用中頻感應(yīng)爐熔煉。
原料熔化后的鑄造工藝以連續(xù)鑄造為最好，半連續(xù)鑄造也可。鑄造過程中在液相線至380°C的溫度范圍內(nèi)，以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，冷卻速度低于80°C /min 時，將會發(fā)生元素的偏析，對以后的熱軋加工性帶來不利的影響，并引起生產(chǎn)效率的降低； 控制冷卻速度，優(yōu)選液相線溫度至380°C的溫度范圍；在380°C以下，鑄造時冷卻時間的長短變化不會發(fā)生合金元素的過度偏析。
熔化鑄造后，進行熱加工。熱加工的加熱溫度應(yīng)在900 1000°C的范圍，如果溫度超過上限溫度，將會發(fā)生過熱，并引發(fā)熱軋開裂，降低生產(chǎn)效率。在900 1000°C的溫度范圍內(nèi)進行熱軋加工時，微小偏析及鑄造組織將會消失，在本發(fā)明的Fe、Ti、B等元素含量范圍內(nèi)，能得到組織均勻的軋制帶材，更理想的熱軋加工溫度為950°C左右。熱軋加工后晶粒直徑在50 μ m以下，晶粒直徑大于50 μ m，其后的冷軋加工率、退火的條件范圍就會變窄，使特性劣化。
熱軋加工后，根據(jù)需要進行表面切削，其后反復(fù)進行冷軋加工和300 600°C的溫度范圍內(nèi)的退火。采用先高溫后低溫的雙級連續(xù)退火，達到控制晶粒尺寸和析出相的目的(晶粒直徑小于50μπι)。溫度低于300°C時，進行組織性能控制所需的時間較長；超過 6000C，短時間內(nèi)晶粒就會變得粗大。如果退火后的結(jié)晶晶粒大于50 μ m,會使抗拉強度等機械特性和加工性能降低。因此使晶粒直徑小于50 μ m,更理想晶粒直徑小于25 μ m。
所得到的退火材料，進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，還進行 420°C以下的低溫退火，得到抗拉強度600MBa以上、硬度180Hv以上、電導(dǎo)率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上的銅鐵合金。冷軋加工率不滿40%時，因加工硬化而產(chǎn)生的強度不夠，不能完全提高機械特性。因此理想的加工率在50%以上。為了進一步提高合金的抗拉強度、硬度、延伸率，尤其電導(dǎo)率等特性，低溫退火工藝十分必要，高于420°C的溫度下，因熱容量過大，使得材料在短時間內(nèi)發(fā)生軟化，并且無論采用間歇式或連續(xù)式，都容易產(chǎn)生材料內(nèi)部的特性不均。因此，低溫退火的條件應(yīng)在420°C以下。
實施例
如表I所示組成(wt% )的銅鐵合金Ns I 6,
表I
權(quán)利要求
1.一種用于引線支架的銅鐵合金制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟 (1)首先將主料及輔料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相線溫度至380°C的溫度范圍內(nèi)以80°C /min以上的冷卻速度進行冷卻，在制造過程中控制合金成分及含量Fe為2. 0 2. 6wt%,Ti 為 0. 05 0. lwt%、B 為 0. 01 0. 03wt%,Na 為 0 0. 05wt%,Mo 為0.01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)； (2)將得到的鑄坯在1000°C以下的加熱溫度進行熱軋壓延，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. 0 2. 6wt %、Ti 為 0. 05 0. Iwt %、B 為 0. 01 0. 03wt %、Na 為 0 0. 05wt %、Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)； (3)將熱軋帶材反復(fù)進行冷軋壓延和300°C 600°C雙級連續(xù)退火，在制造過程中控制成分含量 Fe 為 2. 0 2. 6wt%, Ti 為 0. 05 0. Iwt B 為 0. 01 0. 03wt%, Na 為 0 0.05wt%,Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)； (4)進行冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40%以上，再進行420°C以下的低溫退火，得到帶材成品，在制造過程中控制成分含量Fe為2. 0 2. 6wt%,Ti為0. 05 0. Iwt%、B為0. 01 0. 03wt%,Na為0 0. 05wt%,Mo為0. 01 I. 5wt%、其余組分為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，步驟(I)中的主料為I號電解銅，輔料為銅鐵中間合金、銅硼中間合金、單質(zhì)鈦、單質(zhì)鈉和混合稀土。
3.如權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步驟(2)熱軋壓延加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 V- m。
4.如權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步驟(3)中冷軋退火加工過程中控制帶材的晶粒直徑小于50 u m。
5.如權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，經(jīng)步驟(4)制得的銅鐵合金還含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少一種以上的元素且總量小于0. 05wt%。
6.如權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述銅合金的抗拉強度為600MBa以上、硬度180Hv以上、電導(dǎo)率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于引線支架的銅鐵合金制造方法，包括以下步驟熔融，注入坯模，冷卻；將鑄坯熱軋壓延；將熱軋帶材反復(fù)進行冷軋壓延和雙級連續(xù)退火；冷軋壓延加工使其厚度變化量達到40％以上，再進行低溫退火，得到帶材成品，制造過程中控制成分含量Fe2.0～2.6wt％、Ti0.05～0.1wt％、B0.01～0.03wt％、Na0～0.05wt％、Mo0.01～1.5wt％、其余為Cu和雜質(zhì)。本發(fā)明的銅鐵合金合金組織均勻、析出相細小彌散，抗拉強度高、硬度高、電導(dǎo)率高、延伸率高，能較好地滿足電子工業(yè)領(lǐng)域?qū)σ€框架材料性能的諸多要求。本發(fā)明銅鐵合金還具有優(yōu)良的熱加工性，是生產(chǎn)引線支架等電氣電子部件的最佳材料。
文檔編號C22F1/08GK102978431SQ201210442440
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者葛艷明, 袁志偉 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司