一种电子电气设备用铜合金及用途制造技术

本发明专利技术涉及一种电子电气设备用铜合金及用途，其特征在于，该铜合金包括下述重量组成：5.01～15.0wt％的Zn，0.1～2.0wt％的Sn，0.01～2.0wt％的Fe，0.01～0.5wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。优选Fe、P的重量百分比满足：5≤Fe/P≤100。

【技术实现步骤摘要】
一种电子电气设备用铜合金及用途
本专利技术涉及到合金领域，尤其涉及一种电子电气设备用铜合金及用途。
技术介绍
作为在电气电子设备用部件、汽车用部件例如连接器、引线框、散热部件、继电器、开关、插座等部件中使用的铜合金板材，对屈服应力、拉伸强度、延伸率、弯曲加工性、耐疲劳特性、耐应力松弛性能、导电率有一定要求。近年来，伴随着小型化、轻量化、高密度安装化、使用环境的高温化等，对电子设备用部件、汽车用部件所使用的铜合金性能提出了更高的要求。在电子电气设备使用材料中，目前使用较多的铜合金材料包括黄铜、磷青铜、铍青铜、铜镍硅合金，但这些常规的铜合金材料存在以下问题：黄铜的综合性能不足，难以同时满足对强度≥500MPa、导电率≥30IACS％、耐应力松弛性能(在150℃下保温1000小时，残余应力≥60％)和弯曲加工性能都有高需求的领域。磷青铜是通过加工硬化提高强度的合金，其在150℃下保温1000小时，残余应力≤60％，耐应力松弛性能较差，同时磷青铜中添加的Sn含量较高，而Sn价格昂贵，提高了材料成本，并且磷青铜的导电率低，只有20IACS％以下，无法匹配对导电率高的工况需求，对磷青铜的应用具有一定限制。而铍青铜生产过程中容易产生剧毒物质，价格昂贵，所以一般仅应用于某些对弹性、强度要求较高的军工领域。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，但其成本大幅度高于磷青铜，通常应用于要求强度≥650MPa、导电率≥40IACS％的高端连接器领域。因此，这种通常的铜合金材料都在一定程度上不能满足趋于小型化、轻质化、高性能化的电子电气部件的要求，开发一款满足需求的铜合金材料具有重要意义。
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现状提供一种屈服强度、导电性及耐应力松弛性能优异并且弯曲加工性能良好的的电子电气用铜合金材料，以满足电子电气设备在不同工况下的使用要求。本专利技术所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种屈服强度、导电性及耐应力松弛性能优异并且弯曲加工性能良好的的电子电气用铜合金的用途。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：本专利技术以Cu、Zn、Sn为基体，通过添加Fe、P等元素实现性能的提升，一方面Fe元素直接析出Fe单质，提升材料强度；另一方面本专利技术通过Fe与P析出Fe-P化合物，净化材料基体，在不显著降低导电率的同时进一步提升材料的强度。进一步地，本专利技术通过控制Fe、P的比例和加工工艺，对合金的析出相尺寸、晶体取向等微观组织结构进行了控制，实现了导电、屈服强度、弯曲加工性能的均衡。本专利技术合金添加有Fe、P等元素，提升了铁青铜、锡磷青铜等废料的利用，降低材料成本。具体技术方案为：一种电子电气用铜合金材料，该铜合金包括下述重量包括：5.01～15.0wt％的Zn，0.1～2.0wt％的Sn，0.01～2.0wt％的Fe，0.01～0.5wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。本专利技术铜合金材料中添加有5.01～15.0wt％的Zn。Zn在铜基体中有较大固溶度，固溶于铜基体中时可以提高合金的强度，促进冷加工过程中的加工硬化效果，此外Zn还可以改善合金的铸造性能、焊接性能及提高镀层的耐剥离性能。但是，当Zn含量大于15wt％时，其对材料导电性的不良影响大大增强，当Zn含量小于5.01wt％时，Zn对合金加工硬化的促进效果不好。因此，本专利技术将Zn的含量控制在5.01～15.0wt％。本专利技术铜合金材料中添加有0.1～2.0wt％的Sn。Sn在铜合金中以固溶形式存在，对晶体造成的晶格畸变程度较大，对材料性能具有更好的提升作用。Sn元素的加入让合金在合金后续加工过程中有更好的加工硬化效果。Sn还可以增加合金的热稳定性，进一步提高合金的耐应力松弛性能，同时Sn还可以增加合金的耐腐蚀性能，提高后续制备的连接器等下游产品在潮湿、腐蚀介质中性能的可靠性。但是当Sn的含量不足0.1wt％时，效果不充分；超过2.0wt％时，合金的导电率恶化。因此本专利技术将Sn的含量控制在0.1～2.0wt％。本专利技术铜合金材料中添加有0.01～2.0wt％的Fe。添加Fe后，一方面Fe能阻止再结晶晶粒长大，显著细化晶粒，从而提高铜合金屈服强度和硬度，另一方面Fe会形成Fe单质或者与P析出Fe-P化合物，净化材料基体，从而在不影响导电率的条件下进一步提升材料强度。但是在黄铜合金中Fe元素含量一般不超过2.0wt％，否则会造成富铁相偏析，降低黄铜合金的耐腐蚀性，同时在铸造时会加大难度，降低成材率。而当Fe含量低于0.01wt％时，析出相不足，材料性能提升不足，所以本专利技术将Fe含量控制在0.01～2.0wt％，这样既能避免出现铁偏析现象，同时降低了铸造难度，晶粒细化效果最佳。本专利技术铜合金材料中添加有0.01～0.5wt％的P，P元素是铜合金良好的除气剂、脱氧剂。在本专利技术中P可以与Fe形成Fe-P析出相，此析出相可有效提高材料的强度，同时会适度提高材料的再结晶温度和导电率。P在铜溶体中有促进铜溶体流动的能力，使Fe-P析出相分布更加均匀、弥散。当P的添加量不足0.01wt％时，不能形成有效的化合物，添加量超过0.5wt％，不仅对导电性的不良影响增大，而且容易使材料塑性降低。因此将P的含量控制在0.01～0.5wt％。作为优选，本专利技术合金中，Fe、P的重量百分比满足：5≤Fe/P≤100。本专利技术在Cu-Zn-Sn基体上同时添加Fe、P等元素，其中，Fe利于提高强度，经时效析出处理析出Fe-P化合物和Fe单质，从而提高了铜合金的再结晶温度，阻碍位错的迁移，材料获得强化，同时Fe-P化合物的析出净化了基体，材料的导电率得到提升，但是添加的Fe过多易在合金中形成富铁相，容易引起材料表面起皮缺陷，或者削弱材料的力学性能或折弯性能；P合金元素一方面与Fe形成Fe-P化合物细化晶粒相，另一方面对铜基体进行有效脱氧，增加合金的流动性，防止氢脆，改善了铜合金的表面性能，但是P会降低铜基体的导电性能，因此，Fe、P的用量与材料性能的优劣密切相关。在Fe、P范围内，本专利技术优选5≤Fe/P≤100，在该范围内可以促使P以Fe-P第二相弥散析出从而间接控制Fe单质的析出量，防止Fe单质析出过多而引起析出相聚集。而当Fe/P≥100时，Fe与P不能充分反应，生成较少的Fe-P析出相，同时Fe单质析出过多，Fe单质在材料表面出现聚集，使析出相过于粗大，容易在拉伸过程中成为断裂起点，影响材料性能，当Fe/P≤5时，合金中存在游离的P，严重降低材料导电性，所以本专利技术将使Fe、P的重量百分比满足：5≤Fe/P≤100。本专利技术析出相包括Fe单质和Fe-P化合物，这些析出相在材料中弥散析出，析出相的平均粒径≤0.6μm。本专利技术添加Fe、P等元素，经固溶时效处理，析出Fe单质和Fe-P化合物，合金中析出相的存在，一方面提高了铜合金的再结晶温度，阻碍位错的迁移，材料获得强化；另一方面Fe-P化合物的析出净化了基体，使材料的导电率得到提升，同时进一步实现合金强度的提升。而析出相的粒径大小对材料性能有着重要影响，析出相越细小弥散，合金的强度和弯曲加工性能越好，析出相过于粗大则材料性能下降，同时在拉伸时容易成为破裂点，影响材料的使用，所以本专利技术通过控制Fe、P比和加工工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子电气设备用铜合金，其特征在于，该铜合金包括下述重量组成：5.01～15.0wt％的Zn，0.1～2.0wt％的Sn，0.01～2.0wt％的Fe，0.01～0.5wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种电子电气设备用铜合金，其特征在于，该铜合金包括下述重量组成：5.01～15.0wt％的Zn，0.1～2.0wt％的Sn，0.01～2.0wt％的Fe，0.01～0.5wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的电子电气设备用铜合金，其特征在于Fe、P的重量百分比满足：5≤Fe/P≤100。3.根据权利要求2所述的电子电气设备用铜合金，其特征在于该铜合金的析出相平均粒径≤0.6μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的电子电气设备用铜合金，其特征在于该铜合金晶面的X射线衍射强度满足：0.2≤{I{111}+I{311}+0.5*I{200}}/I{220}≤5；其中：I{111}是{111}晶面的X射线衍射强度；I{200}是{200}晶面的X射线衍射强度；I{220}是{220}晶面的X射线衍射强度；I{311}是{311}晶面的X射...

【专利技术属性】
技术研发人员：周耀华，李建刚，黄强，杨朝勇，杨泰胜，
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