时效硬化型铜基合金及其制备工艺制造技术

一种用于制造带材、板材、线材、箔材、管材、粉末或铸件形式的商用带材产品的时效硬化型铜基合金和制备方法，所述带材产品用于要求高屈服强度和适当导电性的场合。所述合金特别适合用于电路连接器和互连连接器。所述合金含有Ｃｕ－Ｔｉ－Ｘ，其中，Ｘ选自于Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｂ，Ｃｒ和Ｃｏ以及它们的组合。所述合金能够提供优异的屈服强度与导电性组合以及优异的应力松弛抗力。屈服强度至少７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ），导电性至少５０％ＩＡＣＳ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种时效硬化型铜基合金以及一种由该合金制备可商用产品的工艺方法。更具体地，采用一种包括工艺过程中的固溶退火和至少一次时效退火的工艺方法将0.35-5重量％钛的铜合金加工成成品尺寸。所获产品的导电性高于50％IACS，屈服强度高于724MPa(105ksi)。整个本专利申请中，除非另有说明，所有的组成均为重量％，所有的机械和电学实验均在室温(名义上22℃)下进行。词“大约”意味着±10％，如铜基中的词“基”意味着合金中至少含有50重量％的特定基本元素。术语“轧制”意图包括拉伸或拉拔或者例如在制造和加工线材、棒材或管材中使用的任何其它形式的冷加工。许多不同类型的电路连接器采用铜基合金制成。对于电路连接器而言，重要的性能包括屈服强度、可弯曲成形性、应力松弛抗力、弹性模量、极限抗拉强度和导电性。这些性能的目标值和它们的相对重要性依赖于采用所述铜合金制造的产品的预定使用场合。下面的性能描述对于许多预定场合而言是一般性介绍，但是，对于汽车引擎罩用途，所述目标值是具体的。屈服强度是材料表现出偏离应力和应变之间比例关系特定偏差时的应力，典型的偏差是0.2％。这是一个相对于弹性变形而言塑性变形成为主要形式时的应力标志。理想的是，用作连接器的铜合金的屈服强度至少724MPa。当外加应力作用在使用中的金属带材，例如当带材在弯曲成连接器之后承受载荷时，应力松弛变得明显。金属通过产生大小相等但方向相反的内应力而产生反作用。如果金属保持在应变位置，则内应力作为时间和温度的函数而减小。这种现象出现的原因在于通过微塑性流动使金属中的弹性应变转变成塑性或永久应变。铜基电路连接器在其配合部件上必须保持在高于临界接触力的条件下长时间，以获得良好的电连接。应力松弛使接触力降至临界载荷以下，导致形成开路。对于用于连接器用途的铜合金，理想的是当暴露在105℃下1000小时时仍保持至少95％的初始应力，以及，当暴露在150℃下1000小时时仍保持至少85％的初始应力。弹性模量，也称作杨氏模量，是金属刚性或刚度的量度，它是在弹性区应力与相应应变的比值。由于弹性模量是材料刚性的量度，因此，理想的是具有量级达140GPa(20×103ksi)的高模量。可弯曲性决定最小弯曲半径(MBR)，它决定着在沿弯曲的金属带材外径方向不出现开裂的情况下可以实施弯曲的严重程度。对于要形成不同形状并具有各种角度的弯曲的连接器而言，MBR是一个重要性能。弯曲成形性可以表示为MBR/t，其中，t是金属带材厚度。MBR/t是弯曲金属带材不发生破坏时所围绕的心轴最小曲率半径与带材厚度的比值。在题目为Standard Test Method for Semi-Guided Bend Test forDuctility of Metallic Materials的ASTM(American Society forTesting and Materials)编号E290-92中对所述“心轴”实验进行了详细说明。理想的是，MBR/t基本各向同性，其在弯曲轴与金属带材轧制方向垂直的“好方向”以及在弯曲轴与金属带材轧制方向平行的“差方向”均具有类似的值。理想的是MBR/t对于90°弯曲，其值约1.5或更小，对于180°弯曲，其值约2或更小。或者，可以通过使用具有V型凹槽的试块和具有要求半径的工作表面的冲头，来评价90°弯曲时的弯曲成形性。在所述“V型试块”方法中，将待测试的状态铜合金带材置于试块与冲头之间，当驱动冲头进入凹槽时，在带材中形成要求的弯曲程度。与所述“V型试块”方法相关的是180°“成形冲头”方法中，采用具有圆柱形工作表面的冲头使铜合金带材发生180°弯曲。在题目为Standard Test Method for Bend Test for Formabilityof Copper Alloy Spring Material的ASTM编号B820-98中均对所述“V型试块”和“成形冲头”方法进行了详细说明。对于一个给定金属样品，两种方法均给出可定量的弯曲性能结果，而且，可以使用任一种方法来确定相对弯曲性能。极限抗拉强度是在拉伸实验期间带材失效之前承受的最大载荷与带材初始横截面积之比值。理想的是极限抗拉强度约760MPa。导电性采用％IACS(International Annealed Copper Standard)表示，其中，将20℃时未合金化的铜的导电性定义为100％IACS。各种文献中，美国专利4,601,879和4,612,167公开了含钛的铜基合金。所述专利4,601,879公开的铜基合金含有0.25-3.0％镍、0.25-3.0％锡和0.12-1.5％钛。示例性的合金的导电性为48.5-51.4％IACS，屈服强度为568.8-579.2MPa(82.5-84ksi)。所述专利4,612,167公开的铜合金含有0.8-4.0％镍和0.2-4.0％钛。示例性的合金的导电性为51％IACS，屈服强度为663.3-679.2MPa(96.2ksi-98.5ksi)。AMAX Copper，Inc.(Greenwich，CT)已商业化的铜镍钛合金具有Cu-2％Ni-1％Ti和Cu-5％Ni-2.5％Ti的名义组成。所报道的Cu-2％Ni-1％Ti合金性能中，屈服强度为441.3-551.6MPa(64-80ksi)，极限抗拉强度为503.3-655.0MPa(73-95ksi)，延伸率为9％，导电性为50-60％IACS。所报道的Cu-5％Ni-2.5％Ti合金性能中，屈服强度为620.6-689.5MPa(90-100ksi)，极限抗拉强度为744.7MPa(108ksi)UTS，延伸率为10％，导电性为40-53％IACS。对于所述铜合金而言，许多当前和未来的应用场合均要求导电性至少50％IACS，屈服强度至少724MPa(105ksi)。仍然需要能够获得要求的导电性和强度的铜钛合金以及制备所述合金的方法。专利技术概述在本专利技术中，提供了一种时效硬化型铜基合金，以及将所述合金加工成可用于要求高强度和较高导电性的任何用途的商用产品的方法，产品的典型形式包括带材、板材、线材、箔材、管材、粉末或铸件。当根据本专利技术的方法加工时，所述合金获得至少724MPa(105ksi)的屈服强度和50％IACS的导电性，使得合金特别适合用于电路连接器和互连件。所述合金的基本组成为(以重量计)0.35-5％钛，0.001-10％的X，其中，X选自于Ni，Fe，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Be，Mn，Mg，Bi，S，Te，Se，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它们的组合，余者为铜和不可避免的杂质。合金的导电性至少50％IACS，屈服强度至少105ksi。在本专利技术的一个优选方面，合金的基本组成为0.35-2.5％钛，0.5-5.0％镍，0.5-0.8％铁、钴及其混合物，0.01-1.0％镁，最多1％的Cr、Zr、Ag以及它们的组合，余者为铜和不可避免的杂质。当不存在铍时，这些合金能够避免出现与目前铍铜合金有关的可能危害健康的问题，同时，又能够提供类似的强度和导电性组合。几个附图的简述附图说明图1是说明第一种加工本专利技术铜合金的方法的流程图。图2是说明第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜基合金，其基本组成为，以重量计：０．３５－５％钛、０．００１－１０％的Ｘ，其中，Ｘ选自于Ｎｉ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｂｉ，Ｓ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ａｇ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｂ，Ｃｒ和Ｃｏ以及它们的组合、余者为铜和不可避免的杂质，所述合金的导电性至少５０％ＩＡＣＳ，屈服强度至少７２４（１０５ｋｓｉ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RN卡伦，PW鲁滨逊，DE泰勒，A伯格尔，HA库恩，J泽格，
申请(专利权)人：GBC金属有限责任公司，维兰德工厂股份公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]