一种耐高温铁青铜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐高温铁青铜，该铁青铜的重量百分比组成包括：Fe：0.05～3.0%，Sn：0.005～0.25%，P：0.01～0.30%，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明专利技术通过严格控制Fe、Sn、P等元素配比及含量，同时控制铁磷金属间化合物和锡磷金属间化合物在合金微观组织中的析出量，可以实现合金抗拉强度450MPa以上，导电率85%IACS以上，硬度130HV以上，同时，在500℃下，保持5min后，硬度保持率≥80%原始硬度，具有优异的耐高温软化性能，可以满足于高温下连接器、引线框架材料的使用；本发明专利技术制备方法可确保Fe、P固溶于铜合金基体外，多余的Fe、P与Sn形成铁磷金属间化合物和锡磷金属间化合物，实现弥散强化析出，在提高合金强度、硬度的同时，而不降低其导电率。

High temperature resistant iron bronze and preparation method and application thereof

The invention discloses a high temperature resistant iron bronze, which comprises the following parts: Fe:0.05 ~ 3%, Sn:0.005 ~ 0.25%, P:0.01 ~ 0.30%, margin of Cu and unavoidable impurities. The present invention by the ratio and content of Fe, Sn, P control and other elements, while controlling the precipitation amount in the microstructure of iron phosphorus intermetallic compounds and Sn-P intermetallic compounds, can achieve more than the tensile strength of the alloy is more than 450MPa, conductivity 85%IACS, hardness more than 130HV, at the same time, under the temperature of 500 DEG C, 5min after the hardness remains rate greater than 80% original hardness, high temperature resistant excellent softening performance, which can meet the high temperature using the connector and lead frame materials; the preparation method of the invention can ensure that the Fe and P dissolve in copper alloy matrix, Fe, P and Sn more than the formation of intermetallic compounds and iron phosphorus Tin Phosphorus intermetallic compounds, dispersion strengthening precipitation, in improving the strength and hardness of the alloy at the same time, without reducing its conductivity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铜合金及其应用
，具体涉及一种耐高温软化性能优异，可应用于各种电子接插件、连接器、引线框架等电子、电气行业产品的耐高温铁青铜合金及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，电子设备的半导体装置和引线框架越来越朝大功率、大容量化、高度集成化、小体积的方向发展，电子与通讯设备内部的空间越来越小、集成化程度越来越高，散热要求越来越严。相应的LED行业，其产品也逐步向高亮度、大功率方向发展，这就导致其放热量大幅增大，这样的大热量会使元件周身的树脂劣化、载体变形，从而影响装配的尺寸稳定性，这就要求封装的载体必须具有良好的耐高温性能。因此，其使用的引线框架载体也需要向高导电(≥60％IACS)、高强度(抗拉强度≥400MPa)，特别是耐高温(500℃的高温下承受5分钟后，能维持达到原始硬度的80％以上)方向发展。目前，LED行业常用引线框架材料为铁青铜，常规牌号如美标C19210、C19400，主要成分组成为Cu-Fe-P，可以实现400MPa左右的抗拉强度、60％％IACS的导电率，但耐高温软化性能就较差，经试验检测，其500℃的高温下承受5分钟后，能维持达到原始硬度的70％左右。如公开号为CN105518164A、专利技术名称为铜合金板材及其制造方法以及载流部件的专利中，公开了一种导电性、强度、弯曲加工性及赋予TD的负荷应力时的耐应力松弛特性优良的Cu-Fe-P-Mg系铜合金板材，该铜合金板材含有Fe:0.05～2.50％、Mg：0.03～1.00％、P：0.01～0.20％，这些元素的含量满足Mg-1.18(P-Fe/3.6)≧0.03的关系；由固溶Mg量(质量％)/该合金的Mg含量(质量％)×100定义的Mg固溶率为50％以上，粒径50nm以上的Fe-P系化合物的存在密度为10.00个/10μm2以下,粒径100nm以上的Mg-P系化合物的存在密度为10.00个/10μm2以下。该专利的主要目的是获得优良的导电性、强度，特别是改善弯曲加工性、与挠曲变形的方向为TD的情况的耐应力松驰特性的Cu-Fe-P-Mg合金，但没有提到Cu-Fe-P-Mg合金的耐高温性能。又如公开号为CN105908005A、专利技术名称为LED的引线框用铜合金板条的专利中，公开了一种Cu-Fe系铜合金板条，其重量百分比组成为：Fe：1.8～2.6mass％、P：0.005～0.20mass％、Zn：0.01～0.5mass％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。该铜合金可使由Cu－Fe系铜合金板条构成的引线框的表面所形成的镀Ag反射膜的反射率提高，实现LED封装体的高亮度化。其铜合金板带的表面粗糙度为：算术平均粗糙度Ra低于0.06μm，十点平均粗糙度RzJIS低于0.5μm，由原子力显微镜沿轧制垂直方向测量而取得的粗糙度曲线(AFM轮廓)中的长度50μm的范围的波谷部面积为1.3μm2以下，表面的由微细晶粒构成的加工变质层的厚度为0.5μm以下。该Cu－Fe系铜合金中添加的Zn具有使焊料的耐热剥离性提高的功效，具有将LED封装体组装到底座上时维持焊料接合可靠性的作用。虽然本行业研发人员在Cu-Fe-P的基础上做了很多改善，但并没有解决铁青铜耐高温软化性能偏低的问题。本申请专利技术人经大量研究，通过对Cu、Fe、Sn、P元素组成及配比进行大量实验，发现能够实现铁青铜的抗拉强度450MPa以上，导电率85％IACS以上，硬度130HV以上的同时，耐高温软化温度可以达到在500℃下，保持5min后，硬度保持率在80％以上，与传统的引线框架材料相比，满足当前对耐高温性能的要求。鉴于此，本申请提出一种耐高温铁青铜及其制备方法和应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对当前LED行业对引线框架提出的耐高温性能要求，提供一种在抗拉强度、导电率、硬度满足要求的基础上，耐高温性能优异的铜合金，其在500℃下，保持5min后，硬度保持率≥80％原始硬度，具体可应用于各种接插件、连接器、引线框架等电子、电气行业产品的耐高温铁青铜及其制备方法和应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐高温铁青铜，该铁青铜的重量百分比组成包括：Fe：0.05～3.0％，Sn：0.005～0.25％，P：0.01～0.30％，余量为Cu和不可避免的杂质。为了实现本专利技术的耐高温软化性能，本专利技术添加0.05～3.0％的Fe元素。Fe能够提高基体强度，Fe和P通过固溶并淬火处理溶入铜基体中形成过饱和固溶体，然后通过一次和两次时效处理，析出铁磷金属间化合物，析出的金属间化合物起到弥散强化的作用，铁磷金属间化合物的存在更进一步提高基体强度和硬度，同时对提高合金的耐高温软化性能起到重要的作用，但过多的Fe对合金导电率影响很大，因此，本专利技术耐高温铁青铜将Fe含量控制在0.05～3.0％。为了实现本专利技术的耐高温抗软化性能，本专利技术中加入0.005～0.25％的Sn元素。Sn在铜中的室温溶解度约为1.2％，可与Cu2O中的氧作用生成氧化锡，降低氧在铜中的溶解度。Sn能够提高含氧铜和无氧铜的软化温度，同时对铜的冷、热加工几乎无影响。Sn元素对铜的晶格畸变影响很大，因此提高强度和硬度作用明显，同时Sn与P形成锡磷金属间化合物，可强化材料产生塑性变形所需的能量，同时，可提升材料形核所需的势能，这两点共同作用，提高了材料的耐高温性能。但Sn会明显降低铜合金的导电率，因此本专利技术耐高温铁青铜中Sn含量控制在0.005～0.25％。为了实现本专利技术的耐高温软化性能，本专利技术中加入0.01～0.30％的P元素。P元素能够起到除气、脱氧的作用，降低铜熔体表面张力，提高熔体的流动性，净化合金基体。但更重要的是P与Cu、Fe、Sn形成Cu3P、铁磷金属间化合物、锡磷金属间化合物。Cu3P化合物的硬度高，可显著提高合金的力学性能。Cu3P、铁磷金属间化合物、锡磷金属间化合物的存在能够提高基体的强度、硬度，同时提升合金的耐高温软化性能。但P显著降低铜的导电率及导热率，若P含量过高，会使基体合金产生脆性，因此，本专利技术耐高温铁青铜的P含量控制在0.01～0.30％。作为优选，该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.0001～0.1％的Al和/或B。Al作为铜的脱氧剂，可添加微量的Al进行脱氧除气。作为杂质存在的微量铝固溶于铜，形成α固溶体，对铜的力学性能与工艺性能无明显影响，但降低铜的电导率、热导率、钎焊性能与镀锡性能等，提高铜的抗氧能力。B几乎不固溶于铜，但少量的B对铜的力学性能有益，而对铜的电导率影响又不大。且B可与铜中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物，呈细小的球形质点均布于晶粒内，细化晶粒。作为铜脱氧剂而残存的0.005～0.015％的B能细化铜晶粒，提高铜的力学性能与工艺性能。进一步地，该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.01～1％的Zn。作为优选，该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.01～1％的Zn。Zn可大量固溶于铜，固态下形成具有一定成分范围的α、β、γ、δ、ε、η六个相。在454℃时，Zn在α相中的极限含量可达39％。作为优选，该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.0001～0.5％的Mg、Ni、Co、Si、La和Ce中的至少一种元素。Mg：在共晶温度485℃时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成包括：Fe：0.05～3.0%，Sn：0.005～0.25%，P：0.01～0.30%，余量为Cu和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成包括：Fe：0.05～3.0%，Sn：0.005～0.25%，P：0.01～0.30%，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.0001～0.1%的Al和/或B。3.根据权利要求2所述的一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.01～1%的Zn。4.根据权利要求1所述的一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.01～1%的Zn。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的重量百分比组成还包括总量为0.0001～0.5%的Mg、Ni、Co、Si、La和Ce中的至少一种元素。6.根据权利要求1所述的一种耐高温铁青铜，其特征在于：该铁青铜的微观组织中含有铁磷金属间化合物和锡磷金属间化合物，所述的铁磷金属间化合物在所述的微观组织中的体积百分比含量为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡仁昌，钟磊，刘隆兵，林冬冬，黄星明，朱梦文，
申请(专利权)人：宁波博威合金板带有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33