一种电子部件用铜合金及其制备方法技术

技术编号:24882497 阅读:27 留言:0更新日期:2020-07-14 18:09
一种电子部件用铜合金及其制备方法,铜合金成分包括:Cr 0.2~0.6wt%,Zr 0.02‑0.08wt%,Al 0.1‑0.2wt%,Ti 0.05‑0.15wt%,Si 0.03‑0.15wt%,B 0.02‑0.06wt%,余量为Cu及不可避免的杂质元素。本发明专利技术采用的合金成分及其含量,能够降低非真空条件下的制备难度,提高合金的蚀刻性能和表面抗氧化性能,其制备方法易于实施,且成本低。本发明专利技术得到铜合金产品性能可达抗拉强度580‑650MPa,延伸率大于2%,电导率80‑88%IACS,可用于极大规模集成电路引线框架和小型化电子通讯连接器、端子、继电器等元件。

【技术实现步骤摘要】
一种电子部件用铜合金及其制备方法
本专利技术涉及有色金属加工
,具体涉及一种电子部件用铜合金及其制备方法。
技术介绍
随着微电子、通讯、交通、航天、航空等高
的快速发展,电子部件也向高集成化、小型化、薄壁化方向发展,电子部件的传输量和发热量加大,这对铜合金材料提出了更高的要求,除了具备足够强度以满足厚度减薄后的强度支撑需求外,还需要有高的导电导热性能,通电时难以产生焦耳热,并且易于散发产生的热量。同时,还需要有较高的耐热性能,确保高温下不发生软化。制备方式也大量采用蚀刻方式,需要具有较好的蚀刻性能。市场急需要强度达到约600MPa,同时导电率大于80%IACS的合金材料。Cu-Cr-Zr系合金是满足这些性能的理想材料,但由于Zr元素极易氧化烧损,很难在非真空条件下制备大规格方锭,这限制了其在日益增长的小型化电子部件上的广泛应用。非真空条件下,Cu-Cr-Zr合金铸造过程中炉内的Zr损失、半连铸熔体转移和结晶器内熔体的Zr损失,以及如何在铸锭全长范围内保证Zr的稳定,如何提高Zr元素的收得率,是现阶段面临的技术难题。常规做法是使用覆盖剂或者惰性气体对熔体进行保护,但是由于连铸过程持续时间较长,熔体中的氧含量仍然会持续增加,导致Zr的收得率较低。专利CN107287468B和CN108526422A通过添加廉价的常见元素Mg、Si等元素替代或降低Zr含量,生产难度降低,但合金的耐热性能为460℃,相比Cu-Cr-Zr合金有较大差距。专利CN1042350C通过添加Fe、Ti等元素,制备了适用于电气元件、具有高强度和高导电性的铜合金,但Fe和Ti元素形成的金属间化合物相对化学蚀刻性能有较大影响。。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足,本专利技术提供一种易于非真空条件下制备且同时兼具有高强度、高导电导热、高耐热性能和蚀刻性能优异的铜合金及其制备方法,产品可用于极大规模集成电路引线框架和小型化电子通讯连接器、端子、继电器、大电流电子元件、散热部件等。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种电子部件用铜合金,其特征在于,所述铜合金的成分包括:Cr0.2wt%~0.6wt%,Zr0.02wt%-0.08wt%,Al0.1wt%-0.2wt%,Ti0.05wt%-0.15wt%,Si0.03wt%-0.15wt%,B0.02wt%-0.06wt%,余量为Cu及不可避免的杂质元素。进一步地,所述铜合金的成分还包括其他元素,所述其他元素为Mg、Sn、Ag、Ni、Zn、Co中的一种或几种混合,所述其他元素总含量<0.5wt%。进一步的,添加的Cr元素和Zr元素含量可进一步降低以减小制备难度,优化的合金成分包括:Cr0.2wt%~0.4wt%,Zr0.03wt%-0.05wt%,Al0.1wt%-0.2wt%,Ti0.05wt%-0.15wt%,Si0.03wt%-0.15wt%,B0.02wt%-0.06wt%,余量为铜及不可避免的杂质元素。进一步的,所述铜合金制得的产品性能:抗拉强度580MPa-650MPa,延伸率大于2%,电导率80-88%IACS。一种上述的电子部件用铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)熔化:将铜装入感应熔炼炉,添加覆盖剂,在保护气氛下进行熔化,并对铜熔体除气精炼处理,将氧含量降低至40ppm以下;(2)合金化:将中间合金加入铜熔体中,合金的加入顺序为Cu-Cr、Cu-Si、Cu-B、Cu-Ti和Cu-Zr中间合金以及纯铝,得到铜合金熔体;(3)铸造:对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造,铸造温度1180℃-1280℃,获得铜合金铸坯;(4)加工:对步骤(3)所得铜合金铸坯进行加热热轧和在线淬火,其中,热轧加热温度为900℃~960℃,保温2h~5h,在线淬火温度大于700℃;再进行组合形变热处理,矫直分切处理至成品。进一步地,所述方法采用非真空熔铸制备铜合金铸锭。进一步地,所述步骤(1)覆盖剂为鳞片石墨或木炭,保护气氛为惰性气体。进一步地,所述步骤(1)除气精炼,采用Cu-P合金除气、惰性气体除气中的一种或两组方式的组合。进一步地,所述步骤(2)添加其他元素时,即Mg、Sn、Ag、Ni、Zn、Co中的一种或几种时,其中,Mg、Ni、Co元素分别采用Cu-Mg、Cu-Ni和Cu-Co中间合金形式添加,Sn、Ag和Zn元素采用纯金属添加,所述其他元素总含量<0.5wt%。进一步地,所述步骤(4)组合形变热处理工艺为:将热轧坯进行一次冷轧,冷轧变形量为70%~95%,一次冷轧后的带坯进行一级时效处理,温度为400℃~550℃,时间为2h~6h,将一级时效处理后的带材进行冷轧,变形量为50%~95%,然后进行二级时效处理去除应力,温度为550℃,时间为60S。本专利技术的有益技术效果:降低非真空制备难度:本专利技术将Cr、Zr元素控制在低于固溶度极限的范围内,添加量分别为Cr0.2~0.6wt%和Zr0.02-0.08wt%,在熔炼温度下,Cr、Zr元素处于稳定的固溶状态,可避免过量上浮至熔体表面氧化损失。同时在添加合金元素前将熔体中的氧含量降低至40ppm以下,也避免了Cr、Zr元素在熔体中的氧化损失,提高了元素的收得率;强度和耐热性的提升:本专利技术中为降低制备难度而减少了Cr、Zr元素的含量,强度和耐热性能下降,作为补偿,本专利技术中添加Al、Ti和Si元素,以进一步提高合金的强度和耐热性,但这些元素的含量超过0.2wt%时,会大幅降低合金的导电导热性能,优化的含量范围为:Al0.1-0.2wt%,Ti0.05-0.15wt%,Si0.03-0.15wt%。还可以选自Mg、Sn、Ag、Ni、Zn、Co等中的一种或几种,为不大幅降低合金的导电导热性能,总含量<0.5wt%。蚀刻性能:现有的研究已经达成共识,即合金的中粗大析出相或金属间化合物及其不均匀的分布状态严重影响蚀刻性能。Cu-Cr-Zr合金中Cr元素含量大于0.6wt%时,极易产生粗大的富Cr相,且易于粗化长大,分布不均,影响蚀刻性能。本专利技术降低Cr元素含量,最优化的添加范围为Cr0.2~0.4wt%,避免Cr元素的粗大相。同时,微量添加的Al、Ti、Si等元素也不易于形成粗大的析出相或金属间化合物,有助于提高强度的同时兼备较好的蚀刻性能。Al、B元素:Al元素的添加,有助于提高合金的室温和高温下的抗氧化能力;Cu-Cr-Zr合金铸锭晶粒粗大是影响高质量铸锭的重大难题,而B和Ti元素的结合对Cu-Cr-Zr合金有极好的细化作用,同时B元素,因其更易于与氧结合,降低熔体中的氧含量,使熔体持续保持低氧含量,可降低Cu-Cr-Zr合金熔铸过程中的Zr损失。与现有技术相比,本专利技术显著的技术效果体现在:(1)本专利技术合金中,添加的Cr、Zr含量低,微量添加Al、Ti、Si、B等元素,熔铸时合金元素均匀固溶于铜熔体中,避免了元素过量导致的上浮烧损,降低非真空条件下的制备难度且提高元素的收得率。(本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电子部件用铜合金,其特征在于,所述铜合金的成分包括:Cr 0.2wt%~0.6wt%,Zr 0.02wt%-0.08wt%,Al 0.1wt%-0.2wt%,Ti 0.05wt%-0.15wt%,Si0.03wt%-0.15wt%,B 0.02wt%-0.06wt%,余量为Cu及不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子部件用铜合金,其特征在于,所述铜合金的成分包括:Cr0.2wt%~0.6wt%,Zr0.02wt%-0.08wt%,Al0.1wt%-0.2wt%,Ti0.05wt%-0.15wt%,Si0.03wt%-0.15wt%,B0.02wt%-0.06wt%,余量为Cu及不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述的铜合金,其特征在于,所述铜合金的成分还包括其他元素,所述其他元素为Mg、Sn、Ag、Ni、Zn、Co中的一种或几种混合,所述其他元素总含量<0.5wt%。


3.根据权利要求1所述的铜合金,其特征在于,所述铜合金的成分包括:Cr0.2wt%~0.4wt%,Zr0.03wt%-0.05wt%,Al0.1wt%-0.2wt%,Ti0.05wt%-0.15wt%,Si0.03wt%-0.15wt%,B0.02wt%-0.06wt%,余量为铜及不可避免的杂质元素。


4.一种如权利要求1-3任一所述的电子部件用铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)熔化:将铜装入感应熔炼炉,添加覆盖剂,在保护气氛下进行熔化,并对铜熔体除气精炼处理,将氧含量降低至40ppm以下;
(2)合金化:将中间合金加入铜熔体中,加入顺序为Cu-Cr、Cu-Si、Cu-B、Cu-Ti、Cu-Zr中间合金以及纯铝,得到铜合金熔体;
(3)铸造:对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造,铸造温度1...

【专利技术属性】
技术研发人员:娄花芬向朝建张曦莫永达苗海滨王金华陈忠平杨春秀祝儒飞
申请(专利权)人:中铝材料应用研究院有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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