一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，本发明专利技术首先对热轧加工的铜合金带材进行固溶和淬火处理，然后进行一次冷轧加工，再对一次冷轧带材进行电脉冲热处理，利用电脉冲快速诱发再结晶细化晶粒和抑制析出相析出的特点，本发明专利技术提出对固溶处理和一次冷轧后的铜合金带材进行电脉冲处理，然后对带材进行二次冷轧和时效处理，使合金获得铜基体晶粒细小均匀、高密度位错以及强化相弥散分布的组织，通过细晶强化、应变强化和析出相强化等协同强韧化作用，制备高强高韧导电铜合金带材。与现有技术相比，本发明专利技术工艺制备的铜合金带材的强度、断后伸长率、导电率分别提高10％以上、20％以上和5％以上，更重要的是抗弯折性能大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法。
技术介绍
高强导电铜合金具有较高的强度和优良的导电、导热性能，是电子信息、交通运输、航空、航天、新能源等高新
的关键结构功能材料，其带材产品在制造集成电路引线框架、精密电子元器件接插件等方面应用广泛。随着电子通讯等行业的快速发展，高负载、高可靠性和高使役寿命已成为导体功能器件的主要发展方向，这使得作为信号传输、结构支撑和热管理系统等用的高强导电铜合金的服役条件变得更加苛刻，不仅要求其具有更高的强度、良好的电导率，还要求其具有优异的抗弯折性能或韧性。目前，高强导电铜合金带材主要制备方法为用传统的“半连续铸锭→热轧→铣面→冷轧→固溶→冷轧→时效”工艺[见：汪明朴等，一种CuNiSiMg合金材料和其制备方法以及该合金材料制备带材的方法，中国专利技术专利，授权号ZL201210209072.8；朱永兵，郭福安，李华清，Cu-Cr-Zr系合金板材的改性制备方法，中国专利技术专利，申请号CN200810235978.0]进行生产，但是该工艺存在流程长、成材率较低等问题。为此，北京科技大学谢建新等开发了“热冷组合铸型水平连铸→冷轧→固溶→冷轧→时效”为特点的铜合金带材短流程制备新工艺。无论是传统生产方法和还是短流程生产新工艺，为了获得高强度和高导电的铜合金带材一般都需要进行形变热处理(如固溶→冷轧→时效)，使合金元素以析出相的形式在基体中充分析出，但是由于固溶处理的温度高(一般为0.9Ts，Ts为铜合金的熔点)和保温时间长，易使合金的晶粒明显长大甚至发生异常长大的现象，导致组织不均匀。铜基体晶粒粗大且不均匀组织的遗传特性会对通过后续轧制和时效工艺的综合调控改善组织和提高性能带来不利的影响。一方面，铜基体晶粒粗大和不均匀组织会使合金带材冷轧过程中变形不均匀程度加剧，产生严重的内应力分布不均匀和较大的残余应力，导致合金带材的表面质量差和尺寸精度低，甚至产生裂纹、断带等问题；另一方面，为了提高合金的强度，对较大变形量冷轧后的带材进行时效处理，在控制不发生再结晶的基础上析出大量的强化相，但是铜基体晶粒仍然为沿轧制方向被拉长的纤维组织，合金带材组织和性能的各向异性严重，特别是抗弯折性能和韧性较低，难以满足合金带材后续深加工和服役过程高安全、高可靠性和高稳定性的要求。在上述固溶处理和冷轧工序之间增加冷轧和再结晶中间退火工序，即“固溶→冷轧→中间退火→冷轧→时效”，中间退火虽然可以使铜基体发生再结晶进而细化晶粒，减弱合金组织和性能的各向异性，提高合金的抗弯折性能和韧性，但是同样会产生较多的析出相(再结晶温度一般略高于时效温度)，减少了合金元素在铜基体中的固溶含量，不利于后续时效过程充分弥散析出，特别是中间退火过程产生的析出相易在后续时效过程中发生长大的现象，导致时效强化效果减弱，使合金的强度偏低。因此，如何克服铜合金带材传统生产工艺的不足，开发一种兼顾基体组织细化和析出相弥散强化作用的高强度、高韧性的导电铜合金带材制备工艺迫在眉睫。
技术实现思路
针对现有技术中铜合金带材制备工艺的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于“固溶→一次冷轧→电脉冲处理→二次冷轧→时效”的高强高韧导电铜合金带材的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，包括如下步骤：步骤一固溶处理将热轧加工的铜合金带材进行固溶处理，固溶处理后进行淬火；步骤二一次冷轧将步骤一中经过固溶处理的铜合金带材进行一次冷轧；步骤三电脉冲热处理将步骤二中经过一次冷轧的铜合金带材进行电脉冲热处理，所述电脉冲热处理的最高温度为(0.6Ts-140)～(0.6Ts-50)℃，电脉冲热处理的时间为5～30s；步骤四二次冷轧将步骤三中经过电脉冲热处理的铜合金带材进行二次冷轧；步骤五时效处理将步骤四中经过二次冷轧处理的铜合金带材进行时效处理。本专利技术首先对热轧加工的铜合金带材进行固溶和淬火处理，然后进行一次冷轧加工，再对一次冷轧带材进行电脉冲热处理，利用电脉冲快速诱发再结晶而细化晶粒和由于处理时间短可有效抑制析出相析出的特点，为后续二次冷轧提供细小、均匀的晶粒组织以及时效过程提供更多晶界等强化相的形核位置和保留固溶处理时的合金元素固溶含量；最后对电脉冲处理的带材依次进行二次冷轧和时效处理，使合金元素在铜基体中以细小析出相的形式充分弥散析出。在本专利技术所提供工艺的协同作用下，最终可获得基体晶粒细小均匀、高密度位错以及强化相弥散分布的组织，通过细晶强化、应变强化和析出相强化等协同强韧化作用，制备高强度、高韧性的导电铜合金带材。在本专利技术中，电脉冲热处理的温度限定为(0.6Ts-140)～(0.6Ts-50)℃，其中，Ts为铜合金的熔点。在该温度下范围内，既可以充分诱发再结晶而又可以不让晶粒长大，进而可最大程度地细化晶粒。当然电脉冲热处理的温度仍然需要有效控制，如果电脉冲再结晶处理的最高温度太低，就不会诱发合金的再结晶现象，不会产生细化铜合金基体晶粒的效果；如果电脉冲再结晶处理的最高温度太高，则同样将产生的再结晶晶粒发生明显长大，导致铜合金基体晶粒粗大，从而影响到最终材料的力学性能。本专利技术一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，步骤一中，铜合金选自Cu-Ni-Si系、Cu-Ni-Sn系、Cu-Ni-Al系、Cu-Fe-P系、Cu-Cr-Zr系、Cu-Be系、Cu-Ti系中的一种；优选为Cu-Ni-Si系铜合金、Cu-Cr-Zr系铜合金、Cu-Be系铜合金中的一种。本专利技术一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，步骤一中，所述固溶处理为等温固溶处理或电脉冲固溶处理；优选为电脉冲固溶处理。作为优选，当所述固溶处理为等温固溶处理时，固溶处理的温度为850～1000℃，固溶处理的时间为0.5～4h；等温固溶处理后的铜合金带材进行水淬，水淬过程中使用冷却水的温度为20～50℃。进一步的优选，所述等温固溶处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为H2和N2的混合气氛，所述N2在混合气氛中的体积分数为20％～40％。作为优选，当所述固溶处理为电脉冲固溶处理时，所述电脉冲固溶处理时输入到铜合金带的加电区域段的参数为：频率为1000～3000Hz，脉冲宽度为50～2000μs，电流密度的幅值为2000～6000A/mm2，有效电流密度为200～1000A/mm2；电脉冲固溶处理的最高温度为700～900℃，电脉冲固溶处理的时间为10～30s；电脉冲固溶处理后的铜合金带材进行喷水冷却淬火，所述喷水时所用冷却水的流量为20～100L/min，优选为30～80L/min。可以看出，相对于等温固溶处理，电脉冲固溶处理可以在更短的时间内使合金中的析出相快速固溶于铜合金中，同时可有效抑制晶粒长大行为，为后续的冷加工提供更为细化的组织结构。对热轧加工的铜合金带材(如Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等)进行固溶和淬火处理，以使析出相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一 固溶处理/n将热轧加工的铜合金带材进行固溶处理，固溶处理后进行淬火；/n步骤二 一次冷轧/n将步骤一中经过固溶处理的铜合金带材进行一次冷轧；/n步骤三 电脉冲热处理/n将步骤二中经过一次冷轧的铜合金带材进行电脉冲热处理，所述电脉冲热处理的最高温度为(0.6T

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一固溶处理
将热轧加工的铜合金带材进行固溶处理，固溶处理后进行淬火；
步骤二一次冷轧
将步骤一中经过固溶处理的铜合金带材进行一次冷轧；
步骤三电脉冲热处理
将步骤二中经过一次冷轧的铜合金带材进行电脉冲热处理，所述电脉冲热处理的最高温度为(0.6Ts-140)～(0.6Ts-50)℃，电脉冲热处理的时间5～30s；
步骤四二次冷轧
将步骤三中经过电脉冲热处理的铜合金带材进行二次冷轧；
步骤五时效处理
将步骤四中经过二次冷轧处理的铜合金带材进行时效处理。


2.根据权利要求1所述的一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：步骤一中，铜合金选自Cu-Ni-Si系、Cu-Ni-Sn系、Cu-Ni-Al系、Cu-Fe-P系、Cu-Cr-系、Cu-Be系、Cu-Ti系中的一种。


3.根据权利要求1所述的一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述固溶处理为等温固溶处理或电脉冲固溶处理。


4.根据权利要求3所述的一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：当所述固溶处理为等温固溶处理时，固溶处理的温度为900～1000℃，固溶处理的时间为0.5～4h；等温固溶处理后的铜合金带材进行水淬，水淬过程中使用冷却水的温度为20～50℃。


5.根据权利要求3所述的一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法，其特征在于：当所述固溶处理为电脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜雁斌，李周，王檬，肖柱，龚深，邱文婷，陈东，陈伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43