高性能铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能铜合金及其制备方法，该铜合金的重量百分比组成为：Sn：0.05wt％～3.0wt％，Ni：0.01wt％～2.5wt％，Si：0.01wt％～0.6wt％，Zn：5wt％～15wt％，且Ni与Si的重量百分比之比满足：Ni/Si＝3.0～6.0，余量为Cu和不可避免的杂质。该铜合金的带材的制备过程为：配料→熔炼→热轧→铣面→一次冷轧→一次时效→二次冷轧→二次时效→成前冷轧→低温退火。本发明专利技术以Cu、Zn为基体，通过添加Sn、Ni、Si等元素实现合金性能的提升，同时本发明专利技术进一步通过调控合金的晶粒尺寸、晶体取向等微观组织结构，以实现导电、强度、弯曲加工性能之间的均衡，满足中高端电子电气部件的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
高性能铜合金及其制备方法
本专利技术涉及铜合金
，具体涉及一种高性能铜合金及其制备方法。
技术介绍
连接器、框架材料、继电器、开关等电子电气部件用铜合金材料在使用时，为了减少通电时产生的热量，要求铜合金材料具有良好的导电性能。同时，为了保证电子电气部件在工作和组装时不发生塑性变形，要求铜合金材料具有足够高的强度。此外，电子电气部件主要通过弯曲加工成型，因此，要求所用铜合金材料具有良好的弯曲加工性能。近年来，随着通讯、汽车等行业的快速发展，对电子电气部件的导电性能提出了更高的要求。导电性能越好，电子信号传导速率越快，同时其散热性能也越好。中高端连接器通常需满足25％IACS以上的导电性能要求。电子电气部件结构的密集化、轻量化，要求所使用的铜合金带材越来越薄，从而要求材料具有更高的强度，具体来说，材料的屈服强度需达到550MPa以上。同时，电子电气部件的小型化、形状的复杂化，对材料弯曲加工后的形状和尺寸精度的要求也越来越高，一般需满足带材厚度在0.3mm以下时，BD方向的R/t≤2。通常合金的强度与导电性能、弯曲加工性能之间都存在着此长彼消的关系，要同时提高这些性能具有较高的技术难度。因此，电子电气部件在选择铜合金材料时，往往是根据具体的用途来选择不同类型的铜合金。Cu-Ni-Si系合金(即所谓Corson合金)，由于它的导电性能(导电率：30～45％IACS)和强度的平衡比较好，而广泛用于高端连接器，但其成本较高，且强度和弯曲加工性能均衡的实现存在一定难度，在一定程度制约了其应用。锡磷青铜是目前连接器、端子等领域广泛使用的铜合金，由于锡磷青铜中Sn主要以固溶形式存在铜基体中，因而高Sn含量的锡磷青铜，强度较高，而导电性能较差，难以实现强度与导电率的良好匹配，如C52100、C51900，其屈服强度均在550MPa以上，而导电率低于20％IACS，无法同时满足中高端连接器、端子等电子电气部件对强度和导电性能的要求。本专利技术所要解决的技术问题是：针对传统铜合金难以实现导电性能、屈服强度、弯曲加工性能良好匹配的问题，提供一种综合性能优异的高性能铜合金及其制备方法，满足中高端电子电气部件的应用需求。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：高性能铜合金，该铜合金的重量百分比组成为：Sn：0.05wt％～3.0wt％，Ni：0.01wt％～2.5wt％，Si：0.01wt％～0.6wt％，Zn：5wt％～15wt％，且Ni与Si的重量百分比之比满足：Ni/Si＝3.0～6.0，余量为Cu和不可避免的杂质。本专利技术以Cu、Zn为基体，通过添加Sn、Ni、Si等元素实现合金性能的提升。Sn、Zn等元素主要通过固溶强化提升合金的强度，同时本专利技术通过Ni与Si形成NiSi相实现强化，在不显著降低合金导电性能的同时进一步提升合金的强度。本专利技术合金添加的Zn元素，除了具有固溶强化及节省成本作用外，赋予合金在焊接、电镀等方面明显优势。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)，Sn对于电子电气部件用铜合金材料是有益的添加元素。但是Sn的含量不足0.05wt％时，其对改善合金性能的效果不理想，Sn含量超过3.0wt％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％～3.0wt％。在铜合金基体中添加一定量的Ni，可起到固溶强化的效果，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显著降低其导电率。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2.5wt％时，NiSi相不完全析出概率增大，会降低合金的导电率，且当合金时效后施加冷变形强化时，高含量的NiSi相对铜合金带材的折弯性能不利，因此，本专利技术将Ni含量控制在0.01wt％～2.5wt％。本专利技术添加Si的作用主要是与Ni形成NiSi相，以提升合金的强度，过多的Si会显著降低合金的导电率，因此，本专利技术将Si含量控制在0.01wt％～0.6wt％，使Si尽可能地以NiSi相的形式存在。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对改善合金的焊料润湿性、镀锡附着性也有明显效果。此外，与其他元素相比，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，且降低铜合金对黄铜废料的回收利用率，增加了原材料成本。而若Zn含量过高，则会降低合金的导电率、弯曲加工性能和耐应力腐蚀性能。因此，本专利技术将Zn含量控制在5wt％～15wt％。除了控制添加元素及其含量外，本专利技术还通过优化合金的晶粒尺寸、晶体取向等微观组织结构，实现合金包括导电性能、屈服强度、弯曲加工性能等性能在内的综合性能的进一步提升和均衡。本专利技术铜合金的带材时效后的平均晶粒度≤15μm。晶粒直径越小，越有利于合金强度的提升，对改善合金弯曲加工性能也越有利。但晶粒过于粗大，晶界数量下降，晶界强化效果减弱，且导致铜合金带材弯曲加工部位的表面粗糙，使弯曲加工性能降低。根据本申请专利技术人反复试验验证的结果，本专利技术铜合金的带材时效后的平均晶粒度控制在≤15μm，可确保合金强度与弯曲加工性能的均衡。该铜合金织构在偏离角小于20°内满足：Goss{011}<100>+Brass{011}<211>+S{123}<634>的面积率为20％～60％，并且Cube{100}<001>+{120}<001>+{113}<121>的面积率为15％以上。Schmid因子是表征晶体变形难易程度的指数，其数值越大，表示晶体越容易变形，反之，晶体变形抗力越大。具有形变织构晶粒的Schmid因子要小于具有再结晶织构的晶粒，因而，当合金材料中形变织构面积率逐渐增大时，整体Schmid因子将逐渐减小，最终使得晶粒的变形难度逐渐增大，材料的加工硬化增大，合金带材弯曲加工逐渐变得困难。当形变织构面积率达到一定数值时，合金带材在弯曲加工时极易出现开裂现象，因而需要将形变织构的面积率控制在一定范围内。随着冷轧变形量的增加，本专利技术铜合金带材的Goss{011}<100>、Brass{011}<211>、S{123}<634>织构的面积率逐渐增大(取向密度值增大)，强度随之上升。材料冷轧变形后实施退火处理，Cube{100}<001>、{120}<001>、{113}<121>织构的面积率增加，形变织构面积率减小，材料可以获得更好的塑性和弯曲加工性能。本申请专利技术人的研究结果表明：要实现合金带材屈服强度550MPa以上，该铜合金织构在偏离角小于20°内，Goss{011}<100>+Brass{011}<211>+S{123}<634>的面积率需要控制在20％以上；为兼顾合金带材的折弯性能(90°弯曲加工性能为：GW方向的值R/t≤1，BW方向的值R/t≤2)，Goss{011}<100>+Brass{011}<211>+S{123}<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高性能铜合金，其特征在于，该铜合金的重量百分比组成为：Sn：0.05wt％～3.0wt％，Ni：0.01wt％～2.5wt％，Si：0.01wt％～0.6wt％，Zn：5wt％～15wt％，且Ni与Si的重量百分比之比满足：Ni/Si＝3.0～6.0，余量为Cu和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.高性能铜合金，其特征在于，该铜合金的重量百分比组成为：Sn：0.05wt％～3.0wt％，Ni：0.01wt％～2.5wt％，Si：0.01wt％～0.6wt％，Zn：5wt％～15wt％，且Ni与Si的重量百分比之比满足：Ni/Si＝3.0～6.0，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高性能铜合金，其特征在于，该铜合金的带材时效后的平均晶粒度≤15μm。3.根据权利要求1所述的高性能铜合金，其特征在于，该铜合金织构在偏离角小于20°内满足：Goss{011}<100>+Brass{011}<211>+S{123}<634>的面积率为20％～60％，并且Cube{100}<001>+{120}<001>+{113}<121>的面积率为15％以上。4.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，该铜合金的微观组织中，15°～180°晶界的体积分数≥40％。5.根据权利要求1所述的高性能铜合金，其特征在于该铜合金的重量百分比组成中还含有0.01wt％～2.5wt％的Co。6.根据权利要求1所述的高性能铜合金，其特征在于该铜合金的重量百分比组成中还含有0.01wt％～2.0wt％的Fe和/或0.01wt％～0.5...

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