專(zhuān)利名稱：銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬合金領(lǐng)域，尤其涉及Cu-N1-Si系合金。
背景技術(shù)：
隨著電子芯片的高速發(fā)展，對(duì)芯片的引線框架所用銅合金材料的抗拉強(qiáng)度和硬度等性能要求越來(lái)越高，目前所希望的理想的引線框架用銅合金的抗拉強(qiáng)度Rm為> 600MPa,斷后延伸率Al1. 3彡8%，維氏硬度HV彡180 (維氏硬度值，無(wú)單位)。目前，國(guó)內(nèi)用于引線框架的主要材料為Cu-Fe-P系合金(C19400，C19210)和Cu-N1-Si系合金(C7025)?，F(xiàn)有引線框架用銅合金存在的問(wèn)題是1、現(xiàn)有的Cu-Fe-P系合 金產(chǎn)品(C19400，C19210)的抗拉強(qiáng)度為420 500MPa，達(dá)不到高檔次引線框架的技術(shù)要求。2、部分合金沖壓時(shí)材料延伸較低，塑性差，不易成型，存在沖壓時(shí)開(kāi)裂和殘余應(yīng)力大的風(fēng)險(xiǎn)。3、沖壓時(shí)模具承受的負(fù)荷大，易損壞模具。4、現(xiàn)有的Cu-N1-Si系合金(C7025)因鎳含量較高，熔鑄熱軋生產(chǎn)難度較大，良品率較低，且材料成本過(guò)高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供銅合金及其制備方法，以滿足理想的引線框架用銅合金的特性需求。一種銅合金的制備方法，包括A)熔鑄、B)熱軋、C)銑面和D)冷軋和退火步驟；其中，
A)熔鑄步驟
al，配料熔煉按照質(zhì)量比例份數(shù)添加1. 8 2. 1%的鎳和O. 4 O. 68%的硅，及余量的標(biāo)準(zhǔn)電解銅，進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1250 1280°C ;
a2，化學(xué)分析取樣，充分?jǐn)嚢韬蟮鼓３尚?，并進(jìn)行光譜分析；
a3，鑄造鑄造溫度為1250 1280°C，并采用石墨內(nèi)套結(jié)晶器進(jìn)行第一次冷卻和銅合金二次冷卻裝置進(jìn)行第二次水冷，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄造速度控制在3. 8 4. O米/小時(shí)，其中第二次水冷的強(qiáng)度為普通銅合金水冷強(qiáng)度的80% ；
B)熱軋步驟
一次固溶得到固溶體，加熱溫度為900 920°C，然后分多道次進(jìn)行熱軋，初軋溫度是900 920°C，終軋溫度控制在800 850°C，最后一道次熱軋后快速在線水冷，冷卻速度不小于IO0C /秒；
C)銑面步驟
銑削除去表面氧化皮；
D)冷軋和退火步驟
第一次冷軋總加工率是80%-90%，退火溫度是460 500°C ；
第二次冷軋總加工率是70%-75%，退火溫度是350 400°C ；
第三次冷軋總加工率是60%-65%，退火溫度是260 300°C ；第四次冷軋總加工率是50%-55%，軋制后無(wú)需退火；
上述的冷軋總加工率定義為軋制前后銅帶厚度差與軋制前銅帶厚度的百分比值。進(jìn)一步的，所述A)熔鑄步驟的熔煉是采用工頻有芯感應(yīng)爐。進(jìn)一步的，所述A)熔鑄步驟的配料添加時(shí)機(jī)是熔煉溫度升至最高溫時(shí)添加鎳，出爐前30分鐘添加硅；木炭覆蓋厚度控制在150 200mm。進(jìn)一步的，所述B)熱軋步驟的熱軋是分五道次進(jìn)行，熱軋加工率分別為18%、22%、23%、20%、15% ;其中，熱軋加工率定義為每道次入口厚度和出口厚度差與入口厚度的百分比值。 進(jìn)一步的，所述B)熱軋步驟的熱軋是采用兩輥可逆熱軋機(jī)進(jìn)行。進(jìn)一步的，所述B)銑面步驟的銑削是采用雙面銑削設(shè)備進(jìn)行，上下銑削厚度控制在 O. 8 1. 0mm。進(jìn)一步的，所述D)四次冷軋和退火步驟中的每道次處理后都進(jìn)行酸洗。一種經(jīng)上述的制備方法所制備的銅合金，所述銅合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量比例份數(shù)分別是1. 8 2. 1%的鎳，O. 4 O. 68%的硅，O O. 2%的鐵，O O. 1%的錳，O O. 2%的鋅，O O. 005%的鎘，O O. 02%的鉛，其中鐵、錳、鋅、鎘和鉛均為雜質(zhì)成分，以及O O. 3%的其余雜質(zhì)，余量為銅；所述銅合金的抗拉強(qiáng)度抱為> 60010^，斷后延伸率411. 3 >8%，維氏硬度HV彡180，導(dǎo)電率彡46%IACS。本發(fā)明的銅合金制備方法在配料中主要通過(guò)降低N1、Si化學(xué)成分，而降低材料成本，通過(guò)熔鑄工藝改善，提高熔鑄質(zhì)量，減少產(chǎn)品氣孔疏松等缺陷，生產(chǎn)工藝采用多次退火工序，消除加工硬化，從而獲得理想的引線框架用銅合金材料性能。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。該實(shí)施例中除必要步驟、工序外，還根據(jù)生產(chǎn)制備更佳的引線框架用銅合金而進(jìn)行額外步驟、工序，其并不作為實(shí)施該實(shí)施例的必要性步驟工序。同時(shí)，該實(shí)施例以一生產(chǎn)制備一種尺寸規(guī)格的引線框架用銅合金片材，所涉及的尺寸為距離說(shuō)明之用。實(shí)際實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)人員可以根據(jù)具體尺寸和利用本發(fā)明所揭示的加工率而換算成相應(yīng)的具體尺寸進(jìn)行加工。一種銅合金的制備方法的實(shí)施例，包括A)熔鑄、B)熱軋、C)銑面和D)四道次冷軋和退火步驟。其中
A)熔鑄步驟
al，配料熔煉按照質(zhì)量比例份數(shù)添加1. 8 2. 1%的鎳(Ni )和O. 4 O. 68%的硅(Si )，及余量的標(biāo)準(zhǔn)電解銅(純度很高的銅)(Cu)，進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1250 1280°C。優(yōu)選的，我們根據(jù)主添加元素熔點(diǎn)及氧化消耗的特性，在爐型選擇上采用工頻有芯感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，同時(shí)確定主添加元素的添加時(shí)機(jī)，因鎳元素的熔點(diǎn)高，故選擇熔煉溫度升至最高溫時(shí)加鎳，因硅元素易氧化消耗的特性，故出爐前30分鐘加硅，同時(shí)控制表面的木炭覆蓋厚度150 200mm,以阻止高溫熔液向外擴(kuò)散蒸發(fā),也可防止氧向內(nèi)擴(kuò)散；
a2，化學(xué)分析從熔爐內(nèi)取樣，充分?jǐn)嚢韬?，用坩堝取出高溫銅水倒入石墨模以冷卻成型，冷卻成型后車(chē)去底部氧化層，并通過(guò)光譜分析儀進(jìn)行光譜分析，使用標(biāo)樣為標(biāo)準(zhǔn)銅鎳二硅標(biāo)樣。需要說(shuō)明的是，由于實(shí)際生產(chǎn)中，不可避免的會(huì)引入鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎘(Cd)和鉛(Pb)等常見(jiàn)雜質(zhì)成分和其他雜質(zhì)成分，只要符合下表所列成分表即為合格；
表1:化學(xué)成分(質(zhì)量％)
Cu [Ni[Si[Fe [Mn [Zn [CdI Pb | 其余雜質(zhì)
余量 | · 8 2.1 |θ· 4 O. 68 K O- O-1K O- O- 005 K O- 02 O. 3
a3，鑄造鑄造溫度為1250 1280°C，并采用石墨內(nèi)套結(jié)晶器進(jìn)行第一次冷卻和銅合
金二次冷卻裝置進(jìn)行第二次水冷，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，其中第二次水冷的強(qiáng)度為普通銅合金
水冷強(qiáng)度的80%，該實(shí)施例中我們鑄造的鑄錠規(guī)格為150X300X6000 (單位mm)，鑄造速度
控制在3. 8 4. O米/小時(shí)，兩次冷卻實(shí)現(xiàn)紅錠鑄造，降低了鑄錠內(nèi)應(yīng)力，得到致密均勻的 鑄造組織；
B)熱軋步驟
一次固溶得到均勻一致的固溶體，固溶的加熱溫度為900 920°C，優(yōu)選采用煤氣連續(xù)加熱爐進(jìn)行，優(yōu)選的，升溫時(shí)間3小時(shí)，保溫時(shí)間3小時(shí)；然后分多道次進(jìn)行熱軋，初軋溫度是900 920°C，終軋溫度控制在800 850°C，最后一道次熱軋后快速在線水冷，冷卻速度不小于10°C /秒。這里優(yōu)選采用兩輥可逆熱軋機(jī)，熱軋軌道上下安裝在線冷卻裝置進(jìn)行該步驟的加工處理，經(jīng)過(guò)多道次進(jìn)行熱軋后，高溫快速冷卻即可。熱軋的道次根據(jù)具體加工尺寸而定。該實(shí)施例中我們根據(jù)上述的規(guī)格為150X300X6000 (單位mm)的鑄錠的厚度為150mm，而分五道次進(jìn)行可逆軋制，熱軋加工率(熱軋加工率定義為每道次入口厚度和出口厚度差與入口厚度的百分比值)分別為18%、22%、23%、20%、15% ;即按照以下厚度值變化進(jìn)行150mm->110mm->60mm->32mm->19mm->16mm。最后一道次軋制16mm的厚度,銅合金片材出軋輥后，溫度仍達(dá)到800 850°C的高溫，打開(kāi)在線冷卻裝置，帶坯直接在線水冷，冷卻速度不小于10°C /S的冷卻速度，實(shí)現(xiàn)高溫下的快速冷卻。根據(jù)生產(chǎn)引線框架用銅合金片材需要，冷卻后還直接進(jìn)行空心打卷；
C)銑面步驟
銑削除去表面氧化皮；優(yōu)選的，銑削是采用雙面銑削設(shè)備進(jìn)行，上下銑削厚度控制在
0.8 1. 0mm，不得殘余氧化皮和明顯的刀痕；則實(shí)施例中經(jīng)熱軋?zhí)幚砗蟮囊€框架用銅合金片材厚度是16mm，則銑削后厚度為14 + °_5mm ；
D)四次冷軋和退火步驟
第一次冷軋總加工率(冷軋總加工率定義為軋制前后片材厚度差與軋制前銅帶厚度的百分比值，下同)是80%-90%，退火溫度是460 500°C;實(shí)施例中是將14+ °_5mm厚的引線框架用銅合金片材(一般為銅帶)經(jīng)過(guò)第一道次的粗軋軋制至厚度為1. 8 2. 2mm，最佳的，為2mm ;退火條件按照一般工藝進(jìn)行即可，不過(guò)優(yōu)選的，退火是升溫3 5小時(shí)，保溫6 8小時(shí)的退火條件時(shí)銅合金的特性會(huì)更佳。優(yōu)選的，退火完還經(jīng)過(guò)常規(guī)酸洗，以除去氧化層。第二次冷軋加工率是70%_75%，退火溫度是350 400°C ;實(shí)施例中是將粗軋后的
1.8 2. 2mm厚的引線框架用銅合金片材經(jīng)過(guò)第二道次的再軋軋制至厚度為O. 6 O. 8m,最佳的，為O. 7mm ;退火條件按照一般工藝進(jìn)行即可，不過(guò)優(yōu)選的，退火是升溫3 5小時(shí)，保溫6 8小時(shí)的退火條件時(shí)銅合金的特性會(huì)更佳。優(yōu)選的，退火完還經(jīng)過(guò)常規(guī)酸洗，以除去氧化層。優(yōu)選的，根據(jù)生產(chǎn)引線框架用銅合金片材需要，第二道次的再軋后還進(jìn)行裁邊后再退火。第三次冷軋加工率是60%_65%，退火溫度是260 300°C ;實(shí)施例中是將再軋后的O. 6 O. 8mm厚的引線框架用銅合金片材經(jīng)過(guò)第三道次的預(yù)成軋軋制至厚度為O. 18 O. 23m，最佳的，為O. 21mm ;退火條件按照一般工藝進(jìn)行即可，不過(guò)優(yōu)選的，退火是升溫2 3小時(shí)，保溫5 6小時(shí)的退火條件時(shí)銅合金的特性會(huì)更佳。優(yōu)選的，退火完還經(jīng)過(guò)常規(guī)酸洗，以除去氧化層。優(yōu)選的，根據(jù)生產(chǎn)引線框架用銅合金片材需要，第二道次的預(yù)成軋后還進(jìn)行倒帶后再退火。第四次冷軋加工率是50%_55%，軋制后無(wú)需退火；實(shí)施例中是將預(yù)成軋后的O. 18 O. 23mm厚的引線框架用銅合金片材經(jīng)過(guò)最后一道次的成軋軋制至厚度為O. 10 O. 15m，最佳的，為O. 11mm，符合最終的引線框架用銅合金片材厚度標(biāo)準(zhǔn)；優(yōu)選的，成軋完還經(jīng)過(guò)常規(guī)酸洗，此次酸洗為成品酸洗，以再次除去氧化層。優(yōu)選的，根據(jù)生產(chǎn)引線框架用銅合金片材需要，成品酸洗后還進(jìn)行拉矯以平整銅合金片材表面，最后再成品分條和包裝，完成引線框架用銅合金片材的整個(gè)生產(chǎn)制備。本發(fā)明的銅合金的生產(chǎn)制備是根據(jù)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的理論首先優(yōu)化了配料成分，降低N1、Si化學(xué)成分；其次，該Cu-N1-Si系列合金鑄造時(shí)，采用二次冷卻，且冷卻強(qiáng)度 不易過(guò)大，以避免引起內(nèi)應(yīng)力太大，導(dǎo)致鑄錠出現(xiàn)裂紋或鑄造后料坯開(kāi)裂；N1、Si元素在高溫時(shí)，以固溶體形式存在于銅中，隨著料坯溫度下降，固溶體溶解度迅速下降，并以Ni2Si化合物形態(tài)析出；后期采取多次退火和不同加工率軋制，達(dá)到預(yù)期改善性能要求。本發(fā)明上述實(shí)施例制備的銅合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量比例份數(shù)分別是1. 8
2.1%的鎳，O. 4 O. 68%的硅，O O. 2%的鐵，O O. 1%的錳，O O. 2%的鋅，O O. 005%的鎘，O O. 02%的鉛，其中鐵、錳、鋅、鎘和鉛均為雜質(zhì)成分，以及O O. 3%的其余雜質(zhì)，余量為銅(滿足上表I)。經(jīng)特性測(cè)試，該銅合金的抗拉強(qiáng)度Rm為> 600MPa，斷后延伸率All. 3彡8%，維氏硬度HV彡180，導(dǎo)電率彡46%IACS，完成可以滿足所希望的理想的引線框架用銅合金的特性需求。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種銅合金的制備方法，包括A)熔鑄、B)熱軋、C)銑面和D)冷軋和退火步驟；其中， A)熔鑄步驟 al，配料熔煉按照質(zhì)量比例份數(shù)添加1. 8 2. 1%的鎳和O. 4 O. 68%的硅，及余量的標(biāo)準(zhǔn)電解銅，進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1250 1280°C ； a2，化學(xué)分析取樣，充分?jǐn)嚢韬蟮鼓３尚?，并進(jìn)行光譜分析； a3，鑄造鑄造溫度為1250 1280°C，并采用石墨內(nèi)套結(jié)晶器進(jìn)行第一次冷卻和銅合金二次冷卻裝置進(jìn)行第二次水冷，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄造速度控制在3. 8 4. O米/小時(shí)，其中第二次水冷的強(qiáng)度為普通銅合金水冷強(qiáng)度的80% ； B)熱軋步驟 一次固溶得到固溶體，加熱溫度為900 920°C，然后分多道次進(jìn)行熱軋，初軋溫度是900 920°C，終軋溫度控制在800 850°C，最后一道次熱軋后快速在線水冷，冷卻速度不小于IO0C /秒； C)銑面步驟 銑削除去表面氧化皮； D)冷軋和退火步驟 第一次冷軋總加工率是80%-90%，退火溫度是460 500°C ； 第二次冷軋總加工率是70%-75%，退火溫度是350 400°C ； 第三次冷軋總加工率是60%-65%，退火溫度是260 300°C ； 第四次冷軋總加工率是50%-55%，軋制后無(wú)需退火； 上述的冷軋總加工率定義為軋制前后片材厚度差與軋制前銅帶厚度的百分比值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述A)熔鑄步驟的熔煉是采用工頻有芯感應(yīng)爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述A)熔鑄步驟的配料添加時(shí)機(jī)是熔煉溫度升至最高溫時(shí)添加鎳，出爐前30分鐘添加硅；木炭覆蓋厚度控制在150 200mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述B)熱軋步驟的熱軋是分五道次進(jìn)行，熱軋加工率分別為18%、22%、23%、20%、15%;其中，熱軋加工率定義為每道次入口厚度和出口厚度差與入口厚度的百分比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述B)熱軋步驟的熱軋是采用兩輥可逆熱軋機(jī)進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述B)銑面步驟的銑削是采用雙面銑削設(shè)備進(jìn)行，上下銑削厚度控制在O. 8 1. 0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金的制備方法，其特征在于所述D)四道次冷軋和退火步驟中的每道次處理后都進(jìn)行酸洗。
8.—種經(jīng)上述權(quán)利要求1 7的制備方法所制備的銅合金，其特征在于所述銅合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量比例份數(shù)分別是1. 8 2. 1%的鎳，O. 4 O. 68%的硅，O O. 2%的鐵，O O. 1%的錳，O O. 2%的鋅，O O. 005%的鎘，O O. 02%的鉛，其中鐵、錳、鋅、鎘和鉛均為雜質(zhì)成分，以及O O. 3%的其余雜質(zhì)，余量為銅；所述銅合金的抗拉強(qiáng)度Rm ^ 600MPa，斷后延伸率All. 3≥8%，維氏硬度HV≥180，導(dǎo)電率≥46%IACS。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬合金領(lǐng)域，尤其涉及Cu-Ni-Si系合金。一種銅合金的制備方法，包括A)熔鑄、B)熱軋、C)銑面和D)冷軋和退火步驟。一種銅合金，所述銅合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量比例份數(shù)分別是1.8～2.1%的鎳，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的鐵，0～0.1%的錳，0～0.2%的鋅，0～0.005%的鎘，0～0.02%的鉛，其中鐵、錳、鋅、鎘和鉛均為雜質(zhì)成分，以及0～0.3%的其余雜質(zhì)，余量為銅；所述銅合金的抗拉強(qiáng)度Rm為≥600MPa，斷后延伸率A11.3≥8%，維氏硬度HV≥180，導(dǎo)電率≥46%IACS。本發(fā)明的銅合金制備方法可以獲得理想的引線框架用銅合金材料性能。
文檔編號(hào)C22C1/02GK103014410SQ201210563839
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者陳清香, 汪洋, 張曉敏, 王少華, 王全仁, 張淑琴, 朱占國(guó), 姚軍, 周萌, 陳婷 申請(qǐng)人:山西春雷銅材有限責(zé)任公司