一种高强高导铜铬锆系合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高导铜铬锆系合金材料及其制备方法。该材料的重量百分比组成为：Cr0.5～1.5％，Zr0.05～0.3％，Mg0.02～0.1％，Si0.005～0.01％，Fe0.002～0.005％，其余为Cu，另外合金中还包括Ti、La、B、Ca四种元素中的两种，各元素含量均为0.001～0.005％，合金元素总含量为0.005～0.01％。通过熔炼及铸造，热轧，铣面，粗轧，中间退火，中轧，高温快速固溶处理，精轧和时效处理制备得到该材料。本发明专利技术的高强度高导电铜铬锆系合金材料的抗拉强度500～800MPa、屈服强度350～700MPa、伸长率3～10％、导电率75～90％IACS、软化温度500～600℃、在150℃下1000h的应力松弛率小于10％、横纵截面在R/t≤1.5时，90°和180°折弯不出现裂纹。完全满足高端电子元器件精密接插端子对铜合金材料的使用要求。

A kind of Cu Cr Zr alloy with high strength and high conductivity and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导铜铬锆系合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高强高导铜铬锆系合金材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。
技术介绍
高性能铜合金是重要的工业基础材料，在集成电路、交通装备、航空航天、新能源、电力、电子通信、智能家电等产业装备的核心器件中应用广泛，主要应用于电子信息产业超大规模集成电路引线框架、USBType-c接口、新能源汽车电连接器、电子设备用大电流连接器、高速轨道交通用架空导线、电子对抗雷达及高脉冲磁场用导体、大型高速涡轮发电机的转子导线、新能源汽车工业用电阻焊电极、电真空器件和电器工程用开关触桥等功能导体器件。随着高新技术的不断发展，小型化、高负载、高可靠性、高使役寿命和绿色环保已成为导体功能器件的主要发展方向，这使得铜合金材料的服役条件变得更加苛刻，不仅要求其具有更高的强度和电导率，还要求其具有优异的抗软化性能和抗弯折性能。铜铬锆合金相对于目前电连接器用铜合金黄铜、锡磷青铜和C70250合金而言，拥有更高的导电率、优良的抗高温和应力松弛性能，是满足新一代智能终端高速传输标准化端口、新能源汽车高压大电流连接器、5G基站等领域对高性能铜合金材料使用的理想材料。但由于Cr、Zr元素在非真空环境下容易氧化，大吨位非真空环境产业化生产过程中容易造成铸锭成分的不均匀，影响合金材料的使用，目前国内对高端铜铬锆产品的需求，主要依靠进口日本、德国等发达国家。本专利主要提供一种高强高导铜铬锆合金材料及解决该合金非真空环境下熔炼铸造及其后续加工热处理技术，获得一种高性能铜合金材料及其制备方法。>
技术实现思路
本专利技术的主要目的是弥补现有铜合金性能的不足，开发出一种高强度高导电铜铬锆系合金材料及其制备方法。一种高强高导铜铬锆系合金材料，该材料的重量百分比组成为：Cr0.5～1.5％，Zr0.05～0.3％，Mg0.02～0.1％，Si0.005～0.01％，Fe0.002～0.005％，其余为Cu，另外合金中还包括Ti、La、B、Ca四种元素的两种，各元素含量均为0.001～0.005％，合金元素总含量为0.005～0.01％。所述铜合金材料的平均晶粒尺寸为5μm～10μm，且晶粒尺寸的标准偏差满足σ小于1.0μm，在铜合金材料的横纵截面上可观察到粒径为2μm～10μm大颗粒尺寸Cr相的个数密度为1×1012～5×1015m-3，可观察到粒径为2nm～10nm的Cr析出相的个数密度为1×1023～5×1024m-3，合金S{123}<634>织构占15～25％，Brass{011}<211>织构占5～15％，Cu{112}<111>织构占15～30％和Cube{001}<100>织构30～50％，合金的抗拉强度500～800MPa、屈服强度350～700MPa、伸长率3～10％、导电率75～90％IACS，软化温度500～600℃，在150℃下1000h的应力松弛率小于10％，横纵截面在R/t≤1.5时，90°和180°折弯不出现裂纹。所添加合金元素的作用：铬：铬元素主要在时效过程中以单质铬析出，提高合金的强度和电导率。由于铬元素在铜中最大的溶解度为0.75％，多余的Cr可以在晶界富集，有效抑制再结晶过程发生，可以明显细化合金的晶粒。锆：由铜-锆二元相图可知，锆元素在时效过程中会与铜结合，形成铜锆析出相，提高合金的强度和电导率，通常锆含量为0.05～0.3％，主要作用是在时效过程中促进单质铬相的析出和抑制单质铬相的长大，提高合金的高温稳定性。镁、铁和硅：以上三种元素的添加主要与富铬相发生协同作用，提高合金的综合性能。三种合金元素在纯铜合金中添加主要起固溶作用，但在Cu-Cr-Zr系合金中添加，可以抑制富铬相长大，显著提升合金的抗软化和抗应力松弛性能。钛、镧、硼、钙：以上四种元素的添加主要与富锆相发生协同作用，可以促进富Zr相的析出和抑制其长大，显著提升富Zr相对合金组织性能的影响作用程度，改善合金的折弯成型性能。本专利技术的另一目的是提供上述高强高导铜铬锆系合金材料的制备加工方法。一种高强高导铜铬锆系合金材料的制备方法，包括以下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.热轧，c.铣面，d.粗轧，e.中间退火处理，f.中轧，g.高温快速固溶处理，h.精轧，i.时效处理。步骤a中，采用非真空中频感应炉进行熔铸，所述的熔炼的温度为1300～1350℃，所述铸造的温度控制在1225～1275℃。在非真空感应炉中加入电解铜、铜硅中间合金、铜铁中间合金，待以上材料均熔化后，继续添加铜铬中间合金、铜镁中间合金及铜硼中间合金、铜镧中间合金、海绵钛、铜钙中间合金中的两种，将温度升至1300～1350℃，待熔体完全熔化后，将熔体倒入保温炉中均匀搅拌，再添加铜锆中间合金，其含量与设计含量一致，后续再向保温炉中以每分钟0.02-0.1kg铜锆中间合金补料，铸造温度控制在1225～1275℃，保温10min后浇铸。步骤b中，将上述合金铸锭在步进箱式炉中进行加热，温度为850～920℃，保温时间为2～6h，然后再进行热轧，终轧温度控制在750～800℃，随后进行水冷。步骤d中，将铣面后的合金板材进行粗轧，冷轧加工率为85～95％。步骤e中，将冷轧后板材放置钟罩式退火炉进行中间退火处理，退火温度为500～600℃，保温时间为6～10h，冷却方式为氢气和氮气的混合气体。步骤f中，将退火处理后的合金板材进行中轧，冷轧加工率为60～80％。步骤g中，将冷轧后的合金板材进行高温快速固溶处理，固溶处理温度为920℃～1020℃，退火速度10～20m/min，冷却速度60～80℃/s，冷却方式为氮气和氢气的混合气体。步骤h中，将固溶处理后的合金带材进行精轧，冷轧加工率为20～60％。步骤i中，将冷轧后板材放置钟罩式退火炉进行时效处理，时效温度为400～600℃，保温时间为1～6h，冷却方式为氢气和氮气的混合气体。本专利技术的优点：本专利技术通过热力学软件、高温快速固溶处理及相应的时效配套处理技术对铜合金进行成分设计与优化及微观组织的调控，获得一种组织细小均匀、析出相弥散分布的高强度高导电铜铬锆系合金材料，该材料的重量百分比组成为：Cr0.5～1.5％，Zr0.05～0.3％，Mg0.02～0.1％，Si0.005～0.01％，Fe0.002～0.005％，其余为Cu，另外合金中还包括Ti、La、B、Ca四种元素中的两种，各元素含量均为0.001～0.005％，合金元素总含量为0.005～0.01％。所述铜合金材料的平均晶粒尺寸为5μm～10μm，且晶粒尺寸的标准偏差满足σ小于1.0μm，在铜合金材料的横纵截面上可观察到粒径为2μm～10μm大颗粒尺寸Cr相的个数密度为1×1012～5×1015m-3，可观察到粒径为2nm～10nm的Cr析出相的个数密度为1×1023～5×1024m-3，合金S{123}<634>织构占15～25％，Brass{011}<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强高导铜铬锆系合金材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：Cr 0.5～1.5％，Zr0.05～0.3％，Mg 0.02～0.1％，Si0.005～0.01％，Fe0.002～0.005％，其余为Cu，另外合金中还包括Ti、La、B、Ca四种元素中的两种，各元素含量均为0.001～0.005％，合金元素总含量为0.005～0.01％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强高导铜铬锆系合金材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：Cr0.5～1.5％，Zr0.05～0.3％，Mg0.02～0.1％，Si0.005～0.01％，Fe0.002～0.005％，其余为Cu，另外合金中还包括Ti、La、B、Ca四种元素中的两种，各元素含量均为0.001～0.005％，合金元素总含量为0.005～0.01％。


2.权利要求1中合金的平均晶粒尺寸为5μm～10μm，且晶粒尺寸的标准偏差满足σ小于1.0μm，在铜合金材料的横纵截面上可观察到粒径为2μm～10μm大颗粒尺寸Cr相的个数密度为1×1012～5×1015m-3，可观察到粒径为2nm～10nm的Cr析出相的个数密度为1×1023～5×1024m-3，合金S{123}<634>织构占15～25％，Brass{011}<211>织构占5～15％，Cu{112}<111>织构占15～30％和Cube{001}<100>织构30～50％。


3.权利要求1所述的高强高弹铜镍硅系合金材料的制备方法，包括以下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.热轧，c.铣面，d.粗轧，e.中间退火处理，f.中轧，g.高温快速固溶处理，h.精轧，i.时效处理。


4.根据权利要求3所述的高强高导铜铬锆系合金材料的制备方法，其特征在于：采用非真空中频感应炉进行熔铸，所述的熔炼的温度为1300～1350℃，所述铸造的温度控制在1225～1275℃。


5.根据权利要求3所述的高强高导铜铬锆系合金材料的制备方法，其特征在于：在非真空感应炉中加入电解铜、铜硅中间合金、铜铁中间合金，待以上材料均熔化后，继续添...

【专利技术属性】
技术研发人员：马吉苗，彭丽军，刘峰，夏彬，程万林，林志豪，武志刚，陆旭军，李晋，张杰，余金勋，卢小勇，
申请(专利权)人：宁波兴业盛泰集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33