一種Cu-Ni-Sn銅合金板帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及銅合金領(lǐng)域，尤其涉及一種Cu-Ni-Sn銅合金板帶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對電子芯片的引線框架所用銅合金材料的抗拉強度、 屈服強度和硬度等性能要求越來越高，目前所希望的理想的引線框架用銅合金的抗拉強 度Rm為530-640MPa，屈服強度RpO. 2彡520MPa，斷后延伸率All. 3彡6%，維氏硬度HV為 160-195 (維氏硬度值，無單位)，軟化后HV彡140。
[0003] 目前，國內(nèi)用于引線框架的主要材料為Cu-Fe-P系合金（C19400, C19210)和 Cu-Ni-Si系合金（C70250)?，F(xiàn)有引線框架用銅合金存在的問題是：1、現(xiàn)有的Cu-Fe-P系合 金（C19400, C19210)的抗拉強度為420-500MPa，達不到高檔次引線框架的技術(shù)要求。2、現(xiàn) 有的Cu-Ni-Si系合金（C70250)因鎳含量較高，熔鑄熱乳生產(chǎn)難度較大，良品率較低，且材 料成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有引線框架用銅合金的最終抗拉強度、屈服強度和硬度的不能 滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)問題，提供了一種Cu-Ni-Sn銅合金（TKA)板帶的制備方法。
[0005] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種Cu-Ni-Sn銅合金（TKA)板帶的制備方 案，包括如下步驟： (1) 、根據(jù)工頻有芯感應(yīng)爐的有效容積，按照質(zhì)量比為銅：錫：鎳：磷：鋅=97. 43 :1. 5 : 0. 8 :0. 07 :0. 2進行配料；將銅、錫、鎳、磷銅中間合金、鋅放入工頻有芯感應(yīng)爐的爐體內(nèi)后 在熔體表面覆蓋一層厚度為150-200mm的煅燒木炭，加熱至1170-12KTC進行熔煉，保溫30 分鐘，然后充分?jǐn)嚢璧玫饺蹮捤?熔煉水也稱為銅水）； (2) 、采用帶石墨內(nèi)套的結(jié)晶器對上述熔煉水進行溫度為1170°C -1210°C、拉鑄速度 2. 4-3. 0米/小時的半連續(xù)鑄造工藝得到厚度為150_，寬度為400_的矩形鑄錠； (3) 、將上述矩形鑄錠放入煤氣連續(xù)加熱爐由室溫中加熱3小時至920-940°C后再保溫 2-2. 5小時；再將鑄錠用熱乳軌道上下均安裝在線冷卻裝置的兩輥可逆熱乳機進行初乳溫 度為920-940°C、終乳溫度為700-730°C的7道次可逆乳制；最后一道次出乳后打開安裝于 熱乳軌道上下的在線冷卻裝置進行冷卻速度為l〇°C /s的帶坯在線水冷，冷卻至室溫后將 熱乳坯直接空心打卷； (4) 、將上述打卷后的熱乳坯在開卷機上開卷后用雙面銑削設(shè)備進行上下銑削厚度均 為0. 8-lmm的雙面銑面以去除熱乳坯表面的氧化皮，得到板帶； (5) 、將上述板帶采用四輥可逆初乳機進行9道次可逆乳制；再用鐘罩退火爐進行加 熱溫度為530°C、出爐溫度為40°C -50°C的退火工藝； (6) 、將步驟（5)中的退火后的板帶采用四輥可逆中乳機進行4道次可逆乳制；再用鐘 罩退火爐進行加熱溫度為480°C、出爐溫度為40°C -50°C的退火工藝； (7) 、將步驟（6)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行5道次可逆乳制；再用銅帶 連續(xù)光亮退火爐進行加熱溫度為600°C、出爐溫度為40°C -50°C的退火工藝； (8) 、將步驟（7)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行3道次可逆乳制；再用拉彎 矯直機進行拉彎矯直工藝，從而得到引線框架用TKA銅合金板帶。
[0006] 所述工頻有芯感應(yīng)爐、石墨內(nèi)套結(jié)晶器、兩輥可逆熱乳機、開卷機、雙面銑削設(shè)備、 四輥可逆初乳機、四輥可逆中乳機、四輥可逆精乳機、鐘罩退火爐、銅帶連續(xù)光亮退火爐、拉 彎矯直機均為現(xiàn)有產(chǎn)品，可直接從市場中購得。
[0007] 將上述制備步驟（1)中得到的熔煉水用坩堝取樣，后倒入石墨模，冷卻至固態(tài)后去 掉底部的氧化層，在光譜分析儀上進行化學(xué)分析，其結(jié)果如下表1所示。 愈::I. I……環(huán)]一||:'1'………]…一:藤…一…麗:…|…藝…|涵:…了…·…Τ"··議靈…1 i ^ ? ; ? ：： ' ；： ：： ? !： ::
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[0008] 本發(fā)明的制備方法利用了固溶強化(合金元素固溶于基體金屬中造成一定程度的 晶格畸變從而使合金強度提高的現(xiàn)象)、析出強化(沉淀強化，也稱析出強化，指金屬在過飽 和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚區(qū)或由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導(dǎo)致硬化的一種熱處 理工藝）和加工硬化(也稱冷作硬化，指金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時強度和硬度 升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象）的理論。采用熱乳固溶處理(步驟3)，利用高溫時溶質(zhì)原 子溶解度較高，以固溶體形式存在于基銅中，快速冷卻后溶質(zhì)元素來不及析出，形成過飽和 固溶體；析出強化過程(步驟5~8 )中Ni、Sn原子在銅中的溶解度急劇下降，從基體中析出， 基體貧化；冷乳過程(步驟5~8)中銅合金板帶產(chǎn)生塑性變形，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏 結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化。實現(xiàn)了高強度、高屈服、高硬度要求，從而提高了 TKA銅合 金板帶的最終抗拉強度、屈服強度、硬度。
[0009] 本發(fā)明制得的TKA銅合金板帶產(chǎn)品為態(tài)產(chǎn)品，其各項性能指標(biāo)見下表2所示。 __________________________________________________________________________________________________產(chǎn)氣_____________________________________________________________________________________________________ 1 _趙_: I j抗IfSMS (Mib) i ?ΙΒΙ度iMPW i毯伸率（％) i硬度MY丨軟it?硬度| I : :( I i_:_ I :? ?? ， I:
[0010] 本發(fā)明的TKA銅合金板帶制備方法主要通過調(diào)整Ni、Sn元素化學(xué)成分，改善熔鑄 工藝，而提高熔鑄質(zhì)量，減少產(chǎn)品氣孔、疏松等缺陷；生產(chǎn)工藝采用冷乳工序提高強度，退火 工序消除加工硬化；通過最終的冷加工及應(yīng)力消除方法獲得理想的高強高彈Cu-Ni-Sn銅 合金材料性能。
【具體實施方式】
[0011] TKA銅合金板帶的制備方法，包括如下步驟： (1)、根據(jù)工頻有芯感應(yīng)爐的有效容積，按照質(zhì)量比為銅：錫：鎳：磷：鋅=97. 43 :1. 5 : 0. 8 :0. 07 :0. 2進行配料；將銅、錫、鎳、磷銅中間合金、鋅放入工頻有芯感應(yīng)爐的爐體內(nèi)后 加熱至1170-12KTC (1170°C、1190°C、1210°C)進行熔煉后在熔體表面覆蓋一層厚度為 150-200mm的煅燒木炭，保溫30分鐘，然后充分?jǐn)嚢璧玫饺蹮捤?熔煉水也稱為銅水）； (2) 、采用帶石墨內(nèi)套的結(jié)晶器對上述銅水進行溫度為1170°C -1210°C (1170°C、 1190°C、1210°C )、拉鑄速度2. 4-3. 0米/小時（2. 4米/小時、2. 7米/小時、3. 0米/小時） 的半連續(xù)鑄造工藝得到厚度為150_、寬度為400_的矩形鑄錠； (3) 、將上述矩形鑄錠放入煤氣連續(xù)加熱爐中由室溫加熱3小時至920-940°C (920°C、 930°C、940°C)后再保溫2-2. 5小時；再將鑄錠用熱乳軌道上下均按裝在線冷卻裝置的兩 輥可逆熱乳機進行初乳溫度為920-940°C (920°C、930°C、940°C)、終乳溫度為700-730°C (700°C、715°C、730°C)的7道次可逆乳制；最后一道次出乳后打開安裝于熱乳軌道上下的 在線冷卻裝置進行冷卻速度為l〇°C /s的帶坯在線水冷，冷卻至室溫后將熱乳坯直接空心 打卷； (4) 、將上述熱乳坯在開卷機上開卷后用雙面銑削設(shè)備進行上下銑削厚度均為0. 8-lmm 的雙面銑面以去除熱乳坯表面的氧化皮，得到板帶； (5) 、將上述板帶采用四輥可逆初乳機進行9道次可逆乳制（室溫下）；再用鐘罩退火 爐進行加熱溫度為530°C、升溫時間為5小時、保溫時間為6小時、出爐溫度為40°C -50°C (40°C、45°C、50°C)的退火工藝； (6) 、將步驟（5)中退火后的板帶采用四輥可逆中乳機進行的4道次可逆乳制（室溫下)； 再用鐘罩退火爐進行加熱溫度為480°C、升溫時間為5小時、保溫時間為6小時、出爐溫度為 40°C -50°C (40°C、45°C、50°C)的退火工藝； (7) 、將步驟（6)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行5道次可逆乳制（室溫下）； 再用銅帶連續(xù)光亮退火爐進行加熱溫度為600°C、升溫時間為5小時、保溫時間為6小時、出 爐溫度為40°C -50°C (40°C、45°C、50°C)的退火工藝； (8) 、將步驟（7)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行3道次可逆乳制（室溫下）； 再用拉彎矯直機進行拉彎矯直工藝，從而得到TKA銅合金板帶。
[0012] 步驟（3)中第一道次~第七道次熱乳的溫度由初乳的溫度向終乳溫度逐漸下降， 每道次的溫度都比前一道次降低即可。
【主權(quán)項】
1. 一種Cu-Ni-Sn銅合金板帶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 、根據(jù)工頻有芯感應(yīng)爐的有效容積，按照質(zhì)量比為銅：錫：鎳：磷：鋅=97. 43 :1. 5 : 0. 8 :0. 07 :0. 2進行配料；將銅、錫、鎳、磷銅中間合金、鋅放入工頻有芯感應(yīng)爐的爐體內(nèi)后 在熔體表面覆蓋一層厚度為150-200mm的煅燒木炭，加熱至1170-12KTC進行熔煉，保溫30 分鐘，然后充分?jǐn)嚢璧玫饺蹮捤? (2) 、采用帶石墨內(nèi)套的結(jié)晶器對上述熔煉水進行溫度為1170°C-1210°C、拉鑄速度 2. 4-3. 0米/小時的半連續(xù)鑄造工藝得到厚度為150_，寬度為400_的矩形鑄錠； (3) 、將上述矩形鑄錠放入煤氣連續(xù)加熱爐中由室溫加熱3小時至920-940°C后再保溫 2-2. 5小時；再將鑄錠用熱乳軌道上下均安裝在線冷卻裝置的兩輥可逆熱乳機進行初乳溫 度為920-940°C、終乳溫度為700-730°C的7道次可逆乳制；最后一道次出乳后打開安裝于 熱乳軌道上下的在線冷卻裝置進行冷卻速度為l〇°C/s的帶坯在線水冷，冷卻至室溫后將 熱乳坯直接空心打卷； (4) 、將上述打卷后的熱乳坯在開卷機上開卷后用雙面銑削設(shè)備進行上下銑削厚度均 為0. 8-lmm的雙面銑面以去除熱乳坯表面的氧化皮，得到板帶； (5) 、將上述板帶采用四輥可逆初乳機進行9道次可逆乳制；再用鐘罩退火爐進行加 熱溫度為530°C、出爐溫度為40°C-50°C的退火工藝； (6) 、將步驟（5)中的退火后的板帶采用四輥可逆中乳機進行4道次可逆乳制；再用鐘 罩退火爐進行加熱溫度為480°C、出爐溫度為40°C-50°C的退火工藝； (7) 、將步驟（6)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行5道次可逆乳制；再用銅帶 連續(xù)光亮退火爐進行加熱溫度為600°C、出爐溫度為40°C-50°C的退火工藝； (8) 、將步驟（7)中退火后的板帶采用四輥可逆精乳機進行3道次可逆乳制；再用拉彎 矯直機進行拉彎矯直工藝，從而得到引線框架用TKA銅合金板帶。
【專利摘要】本發(fā)明涉及銅合金領(lǐng)域，尤其涉及一種Cu-Ni-Sn銅合金板帶的制備方法。解決了現(xiàn)有引線框架用銅合金的最終抗拉強度、屈服強度和硬度的不能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)問題。本發(fā)明采用了固溶強化、析出強化和加工硬化的理論。所述熱軋固溶處理，是利用高溫時溶質(zhì)原子溶解度較高，以固溶體形式存在于基銅中，快速冷卻后溶質(zhì)元素來不及析出，形成過飽和固溶體；所述析出強化過程中Ni、Sn原子在銅中的溶解度急劇下降，從基體中析出，基體貧化；冷軋過程中銅合金板帶產(chǎn)生塑性變形，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化。實現(xiàn)了高強度、高屈服、高硬度要求，從而提高了TKA銅合金板帶的最終抗拉強度、屈服強度、硬度。
【IPC分類】C22C1/03, C22C9/02, C22F1/08
【公開號】CN105316520
【申請?zhí)枴緾N201510832621
【發(fā)明人】李輝, 張曉敏, 王全仁, 張淑琴, 李大偉, 張美霞, 衛(wèi)志強, 寧篤功, 衛(wèi)煜堂, 陳婷
【申請人】山西春雷銅材有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月26日