析出强化型铜合金及其应用制造技术

本发明专利技术公开的析出强化型铜合金的重量百分比组成包括：Cu：80wt%～95wt%，Sn：0.05wt%～4.0wt%，Ni：0.01wt%～3.0wt%，Si：0.01wt%～1.0wt%，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明专利技术通过固溶强化和析出强化改善合金的综合性能，在提升基体强度的同时对合金导电率的影响较小，弯曲加工性能满足要求，并具有与锡磷青铜相媲美的耐应力松弛性能；本发明专利技术合金的综合性能比C51900优异，同时，本发明专利技术合金的原料成本低，在焊接、电镀等方面具有明显优势；本发明专利技术合金可解决多种废料的利用问题，并广泛应用于连接器、接插件等电子电气行业产品。

Precipitation strengthened copper alloy and its application

The weight percentage composition of the precipitated enhanced copper alloy disclosed in the invention includes Cu:80wt% to 95wt%, Sn:0.05wt% to 4.0wt%, Ni:0.01wt% to 3.0wt%, Si:0.01wt% to 1.0wt%, and the allowance for Zn and unavoidable impurities. The invention improves the comprehensive properties of the alloy by solid solution strengthening and precipitation enhancement, has less influence on the conductivity of the alloy while improving the strength of the matrix, and the bending processing performance meets the requirements, and has the stress relaxation resistance comparable to that of the Tin Phosphorus Bronze; the comprehensive performance of the present invention is better than that of C51900, meanwhile, the invention is the invention. The alloy has a low cost of raw materials and has obvious advantages in welding and electroplating. The alloy can solve the problem of using many kinds of waste materials and widely used in electronic and electrical products such as connectors, connectors and so on.

【技术实现步骤摘要】
析出强化型铜合金及其应用
本专利技术涉及铜合金
，具体涉及一种具有高强度的析出强化型铜合金及其应用。
技术介绍
近年来随着电子、电气行业的发展，各种各样的机械电气配线复杂化、高集成化，连接器、继电器、开关等电气电子部件进一步轻量化和提升可靠性的要求越来越被重视。特别是平板电脑和手机等使用的连接器、插座等，省空间化和高性能化同时进行，要求铜合金板带材的厚度朝向薄片化的趋势发展，对铜合金的弹性特性和可靠性等性能提出了更高的要求。具体来说，小型化、薄片化要求材料的强度和弹性特性提高，零件形状的复杂化要求材料的冲压加工性和弯曲加工性提高，单位截面积通电量的增加以及电信号的高速化要求材料的导电率提高，此外，根据用途的不同，有些产品对镀Sn、Au、Ag等的要求增加，有些产品对焊接的要求增加，因此，对材料的电镀附着性或焊接性也有较高要求。而在某些对工作环境温度有要求的连接器领域，材料的耐应力松弛性能也必须得到满足。目前，在连接器、端子、继电器、开关等用于电气电子设备的零部件中常用的材料有黄铜(C28000)、磷青铜(C51900、C52100)、铍青铜(C17200、C17530)以及铜镍硅系铜合金(C19010、C70250、C70350)等铜合金，可以实现不同领域对铜合金性能的要求。以C28000黄铜为例，其抗拉强度为450MPa左右，导电率在25％IACS左右，可以满足普通连接器、端子对材料的性能要求，但在某些对强度、导电，特别是对耐应力松弛性能有较高要求的领域，黄铜综合性能的不足就十分明显。磷青铜是目前连接器、端子等领域广泛使用的铜合金，磷青铜中含有的Sn具有固溶强化作用，加之冷变形硬化，使磷青铜具有较高的强度，但Sn影响磷青铜的导电率，磷青铜的导电率一般在20％IACS以下，且Sn的价格较高，因此，磷青铜的应用受到一定的限制。铍青铜中含有的铍有毒，且铍青铜价格昂贵，一般仅应用于某些对弹性性能和强度要求较高的领域。铜镍硅合金作为一种时效析出强化型合金，以替代铍青铜而开发，但其加工成本高，通常应用于对强度、导电性等要求较高的高端连接器领域。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种包括屈服强度、导电性、弯曲加工性、耐应力松弛性能在内的综合性能优异的析出强化型铜合金及其应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：析出强化型铜合金，该铜合金的重量百分比组成包括：Cu：80wt％～95wt％，Sn：0.05wt％～4.0wt％，Ni：0.01wt％～3.0wt％，Si：0.01wt％～1.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。在铜合金的基体上，本专利技术添加Ni、Si、Sn元素，一方面通过固溶强化，提升合金的强度，另一方面通过析出NiSi相强化，在提升基体强度的同时对合金导电率的影响较小，弯曲加工性能满足要求，并具有与锡磷青铜相媲美的耐应力松弛性能；本专利技术合金的综合性能比C51900锡磷青铜优异，同时，本专利技术合金中添加有Zn、Sn等元素，除了节省成本外，在焊接、电镀等方面具有明显优势。本专利技术铜合金中添加Sn的作用是提高合金强度和弹性，同时改善合金150℃左右环境下的耐应力松弛性能(耐热性)，因此Sn对于电气元件用材料是有益的添加元素。但是，Sn含量不足0.05wt％时，改善合金性能的效果不理想；Sn含量超过4.0wt％时，会大幅降低合金导电率，因此，本专利技术将Sn含量控制在0.05wt％～4.0wt％。本专利技术铜合金中添加Zn元素，一方面Zn具有固溶强化作用，可提高基体的强度，另一方面，Zn对于改善作为电气、电子元件材料所必需的焊料润湿性、镀锡附着性也具有明显效果。此外，与其他元素比较，Zn的价格较低，且能够以廉价的黄铜废料作为本专利技术铜合金中Zn的原料来源。若Zn的含量过低，固溶强化效果不明显，且会限制黄铜废料的回收利用，而若Zn含量过高，则会降低合金的导电率、弯曲加工性和耐应力腐蚀性。除黄铜废料外，本专利技术铜合金还可以回收利用其他废料，例如，个人电脑和手机等连接器使用的镀镍废料、面向汽车的连接器使用的镀锡废料、面向汽车用途的镀锡黄铜废料等。上述这些废料在本专利技术铜合金中的利用可以有效降低合金制备成本，促进废料的循环利用。在铜基体中添加一定量的Ni，Ni可通过固溶强化提升基体强度，但本专利技术铜合金中Ni更重要的作用是与Si形成NiSi相，在提升合金强度的同时不降低其导电率。若Ni含量在0.01wt％以下，对合金强度的提升不明显；当Ni含量超过3.0wt％时，无法使NiSi相较为完全地析出，从而影响合金的导电率，且对折弯性能不利，因此，本专利技术中Ni含量控制在0.01wt％～3.0wt％。本专利技术添加Si的作用主要是与Ni形成NiSi化合物从而提升合金的强度，因多余的Si会降低合金的导电率，因此，本专利技术将Si含量控制在0.01～1wt％，使Si尽可能地以NiSi相的形式存在。传统的黄铜通过固溶强化增加基体强度，因此其强度提升有限，以C28000为例，其抗拉强度为450MPa左右。而本专利技术铜合金含有NiSi相，时效后该NiSi相中粒径50nm以下的NiSi相的数量占比≥75％。本专利技术合金中添加的少量的Ni、Si可形成NiSi相析出物，NiSi相的析出可显著提高合金的屈服强度。本申请专利技术人通过大量试验发现：析出相越细小弥散，合金的强度越高；析出相粗大，易出现弱界面，导致合金带材弯曲加工开裂；析出相过于偏聚，易导致局部应力集中，同样致使合金带材弯曲加工时出现开裂现象。此外，本申请专利技术人还发现，细小弥散的NiSi析出相对合金带材的弯曲加工性能有益，同时对应力松弛过程中的位错运动具有阻碍作用，从而提高合金带材的耐应力松弛性能。本专利技术铜合金时效后粒径50nm以下的NiSi相数量占NiSi相总数量的75％以上，且分布弥散，确保了本专利技术合金带材的屈服强度在600MPa以上，导电率在20％IACS以上，同时保证铜合金带材90°弯曲加工性在GW方向的值R/t≤1，在BW方向的值R/t≤2。本专利技术铜合金带材在0＜2θ＜90°范围内的X射线衍射晶面主要有{111}、{200}、{220}和{311}，{111}、{200}、{220}、{311}晶面的X射线衍射强度与带材的状态有关。带材经冷轧变形后，{111}、{220}晶面的衍射强度将逐渐增强，而{200}和{311}晶面的衍射强度将逐渐减弱。带材经热处理后，{200}和{311}晶面的衍射强度将逐渐增强，而{111}、{220}晶面的衍射强度将逐渐减弱。{111}、{220}晶面衍射强度的增加，有利于带材强度的增加，但其对带材的弯曲加工性不利；{200}和{311}晶面衍射强度的增加，有利于弯曲加工性的改善，但其晶面衍射强度较大时，合金带材的强度较低。本专利技术合金的屈服强度若要达到600MPa以上，需要对合金在时效后施加冷轧变形，但为保证带材具有良好的弯曲加工性(90°折弯试验，在GW方向的值R/t≤1，在BW方向的值R/t≤2)，需控制时效后合金带材的轧制变形量，本申请专利技术人通过大量试验发现：{111}、{220}、{200}和{311}晶面衍射强度是影响合金的屈服强度和弯曲加工性的关键控制点之一，将该铜合金的带材的轧制面在0＜2θ＜90°范围内的{111}本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.析出强化型铜合金，其特征在于，该铜合金的重量百分比组成包括：Cu：80wt%～95wt%，Sn：0.05wt%～4.0wt%，Ni：0.01wt%～3.0wt%，Si：0.01wt%～1.0wt%，余量为Zn和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.析出强化型铜合金，其特征在于，该铜合金的重量百分比组成包括：Cu：80wt%～95wt%，Sn：0.05wt%～4.0wt%，Ni：0.01wt%～3.0wt%，Si：0.01wt%～1.0wt%，余量为Zn和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的析出强化型铜合金，其特征在于，该铜合金含有NiSi相，时效后该NiSi相中粒径50nm以下的NiSi相的数量占比≥75%。3.根据权利要求1所述的析出强化型铜合金，其特征在于，将该铜合金的带材的轧制面在0＜2θ＜90°范围内的{111}晶面的X射线衍射强度记为I{111}，{200}晶面的X射线衍射强度记为I{200}，{220}晶面的X射线衍射强度记为I{220}，{311}晶面的X射线衍射强度记为I{311}，I{111}、I{200}、I{220}和I{311}满足：0.5＜（I{111}+I{220}）/（I{200}+I{311}）＜10。4.根据权利要求1所述的析出强化型铜合金，其特征在于，该铜合金的重量百分比组成中还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建刚，杨泰胜，赵红彬，杨朝勇，周耀华，黄强，
申请(专利权)人：宁波博威合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33