一种高强高导铜合金的水平连铸方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜合金的水平连铸方法和应用，该方法是将保温炉中的铜合金熔体在保温炉侧下方进行水平连铸：在保温炉侧下方安装至少一个多路水冷结晶器，所述多路水冷结晶器在沿初坯引出方向依次设置3组独立的冷却单元，第1组冷却单元最靠近保温炉；使每组冷却单元的进水口的温度低于20℃，并控制3组冷却单元的温度梯度；在所述多路水冷结晶器第1组和第2组冷却单元的水冷套外壁设置电磁感应线圈实现电磁搅拌；在所述多路水冷结晶器出口设置水幕喷淋冷却装置对初坯进行冷却，从而得到合金元素均处于过饱和固溶态的铸态初坯。本发明专利技术不仅能节省传统高强高导铜合金制备工艺里耗能最大的高温固溶环节，而且能有效细化晶粒，保障合金高强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导铜合金的水平连铸方法和应用
：本专利技术涉及有色金属加工
，尤其涉及一种高强高导铜合金的水平连铸方法和应用。
技术介绍
：作为导体材料的典型代表，铜合金在电气工程领域有着广泛应用。随着5G信息时代的发展，对所用关键铜合金导体提出更高的性能要求。以大规模集成电路为例，由于电路集成度越来越高，功率密度持续提升，这要求作为集成电路引线框架铜合金不仅具有高强度还必须具有高的电导率和热导率，从而保证产生尽可能低的热效应并快速导出热量。同时为了满足半导体工艺要求，引线框架铜合金还必须具有优良的尺寸精度，也即需要具备高强、高导、高精度多种特性。以4G/5G手机的接插件为例，最为常见的就是手机充电接口所用的铜合金接插件。不仅需要具备高电导率以尽量降低接触电阻和大电流充电热效应，还必须具备高强度以满足尺寸持续小型化需求，同时还需要具备抗应力松弛性能以保持设定的接插力，也即需要具备高强、高导、抗应力松弛多种特性。开发各种高强高导铜合金及其高效优质制备技术是铜合金领域共同关心的重要发展方向。目前围绕高强高导铜合金的材料成分设计主要集中在铜银、铜镁、铜锡、铜铬、铜锆、铜铁、铜铍、铜钛、铜镉等二元铜合金；和铜铁磷、铜镍硅、铜铬锆等三元合金；以及在上述合金基础上进一步微合金化的多元复杂合金。关于高强高导铜合金的制备方法也有多种。中国专利(申请号201410530014.4)公开了一种铜银合金及其制备技术。将铜和铜银中间合金按铜(Cu)为80％-99％，银(Ag)为20％-1％的质量比例称量计算后，混合加入到真空冶炼炉坩埚中，抽真空至5×10-1Pa以上，开始升温，待温度升至600-800℃后，停止抽真空并向真空炉中充入N2或惰性气体至5×103Pa；然后继续升温至1150-1250℃，待铜和铜银中间合金完全溶解后，开始在铜银合金液中充入惰性气体并搅拌20-30分钟，将合金熔体冷却，得到铜银合金坯料。中国专利(申请号201811196401.3)公开了一种铜镁合金及其制备技术。向工频感应炉中直接加入铜含量≥99.99％的阴极铜和金属镁，镁的质量百分含量为0.16％-0.19％。再向熔化后所得的铜液中加入精炼剂，然后在铜液表面覆盖鳞片石墨，最后采用上引连铸法铸造得到所述铜镁合金绞线用铸杆。中国专利(申请号201710931646.5)公开了一种铜锡合金及其制备技术。铜锡合金包括金属锡，金属铜及其他杂质，各组分重量比为：金属锡0.195～0.435％、金属铜99.755～99.515％、其他杂质0.05％。首先将阴极铜作原料加入上引炉中熔化，再将按金属锡加入到铜液中，用石墨棒搅拌使合金成分均匀后开始上引坯杆；再将上引出的含锡的合金上引杆送入连续挤压机，制成20mm的挤压杆，而后将挤压杆端部与拉拔机放线架挤压杆尾部采用闪光对焊进行接续，对接续处进行标记，待由接续处挤压杆制成铜锡合金接触线成品裁剪，继续拉拔制成铜锡合金接触线成品。中国专利(申请号201910720284.4)公开了一种铜铬合金及其制备技术。该合金铬重量含量为5wt％～50wt％，将铜金属和铬金属配样；在惰性气体保护下，将配制好的铜铬材料粉末或者块体通过真空非自耗电弧熔炼；将真空非自耗电弧熔炼的铜铬合金块体翻转，重复熔炼若干次，待合金样品完全熔化；将完全熔化的铜铬合金在惰性气氛保护下继续熔化，熔化后迅速熄弧，并打开真空阀门，利用负压的作用力，将熔化的铜铬合金液吸铸到铸模中实现快速冷却凝固得到铜铬合金锭。中国专利(申请号201610325699.8)公开了一种铜锆合金及其制备技术。该合金锆占0.14～0.22％，锆+铜≥99.97％，杂质含量≤0.03％。通过如下步骤制备该合金：将重量百分比为0.1～0.25％的锆，99.7～99.9％的铜放在一起进行铸造，得到铜-锆合金铸锭；将铜-锆合金铸锭锯掉冒口并车净外层氧化皮，得到纯净的铸锭坯；对铸锭坯进行锻造，以形成铜-锆合金棒坯；进行固溶热处理，得到固溶后的棒坯；进行二次锻造，得到二次锻造棒坯；对二次锻造棒坯进行时效热处理，得到合金毛坯。专利(申请号201810341974.4)公开了一种铜铁合金及其制备技术。该合金成分为Fe4％～20％，RE0.001～1.0％，余量为Cu，RE为稀土元素。RE为Ce和La，Ce的含量为0.008-0.012wt.％，La的含量为0.05-0.06wt.％。该铜铁合金材料通过电渣重熔方法制备，其中采用真空感应炉熔炼的铜铁合金铸锭作为自耗电极，采用CaF2-NaF渣系作为渣料。专利(申请号201380056659.2)公开了一种铜铍合金及其制备技术。Cu-Be合金为含有Co的Cu-Be合金，其中，Co的含量为0.005％～0.12％，Be的含量为1.60％～1.95％。该Cu-Be合金的制造方法包含：(1)熔化铸造工序、(2)均质化处理工序、(3)预加工工序、(4)固溶处理工序、(5)冷加工工序、以及(6)时效硬化处理工序。中国专利(申请号201811313033.6)公开了一种铜钛合金及其制备技术。所述合金成分的重量百分比组成为Ti：2～2.4％、Cr：0.1～0.3％、Ni：0.1～0.3％、Co：0.05～0.1％，其余为Cu。所述合金的组织调控方法包括以下步骤：(1)熔炼；(2)铣面；(3)热轧；(4)固溶时效处理。中国专利(申请号2018111964013)公开了一种铜镉合金及其制备技术。该合金中镉含量为31％～70％，在还原气氛中熔炼，加入木炭或碎玻璃覆盖，将炉子预热后加入镉锭，并升温溶化，当温度达400～750℃时，添加经酸洗后的电解铜，搅拌后继续升温至400～750℃，再加入经酸洗后的电解铜，如此反复之后，静止5～10分钟进行浇铸。中国专利(申请号201510733708.2)公开了一种铜铁磷合金及其制备技术。合金配方为Fe2.1％～2.6％；P0.015％～0.15％；Zn0.05％～0.20％；Pb≤0.03％；Ni0.01％～0.1％；Sn0.01％～0.1％；Cu余量。其生产方法包括以下步骤：将原料按照配方比混合，加热、铸造，热轧、冷轧、热处理、清洗、拉弯矫、热处理。中国专利(申请号201710531296.3)公开了一种铜镍硅合金及其制备技术。该合金中Ni和Si含量均为0～2％。其制备技术包括以下步骤：以铜源、镍源和硅源为原料，依次经熔化、连铸、冷却和拉坯得到铜镍硅合金板坯，铜镍硅合金板坯依次进行轧制、时效处理、冷却和冷精轧得到铜镍硅合金带材。中国专利(申请号200710053838.7)公开了一种铜铍银合金及其制备技术。该铜合金材料由CU、BE、AG元素组成,具有连续的纤维组织结构；合金材料各成分重量百分含量是:BE0.06～0.12WT％,AG0.08～0.15WT％,CU余量。该合金材料的制备工艺如下:①合金在1180℃～1200℃温度下熔炼，②采用连续定向凝固制备工艺拉制，③将材料在700℃～750℃下热处理。中国专利(申请号201910720284.4)公开了一种铜铬锆合金及其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜合金的水平连铸方法，是将保温炉中的铜合金熔体在保温炉侧下方进行水平连铸，其特征在于：在保温炉侧下方安装至少一个多路水冷结晶器，所述多路水冷结晶器在沿初坯引出方向依次设置3组独立的冷却单元，实现多路进水和多路出水，并采用逆冷却方式，第1组冷却单元最靠近保温炉；使每组冷却单元的进水口的温度低于20℃，并通过如下方式控制3组冷却单元的温度梯度：第3组冷却单元的水流量V3与初坯截面积S需满足0.5L/(min·mm

【技术特征摘要】
1.一种铜合金的水平连铸方法，是将保温炉中的铜合金熔体在保温炉侧下方进行水平连铸，其特征在于：在保温炉侧下方安装至少一个多路水冷结晶器，所述多路水冷结晶器在沿初坯引出方向依次设置3组独立的冷却单元，实现多路进水和多路出水，并采用逆冷却方式，第1组冷却单元最靠近保温炉；使每组冷却单元的进水口的温度低于20℃，并通过如下方式控制3组冷却单元的温度梯度：第3组冷却单元的水流量V3与初坯截面积S需满足0.5L/(min·mm2)<V3/S<2L/(min·mm2)，第2组冷却单元的水流量V2和第1组冷却单元的水流量V1按照V1:V2:V3＝1.5:1.2:1的原则确定；在所述多路水冷结晶器第1组和第2组冷却单元的水冷套外壁设置电磁感应线圈实现电磁搅拌，电磁搅拌方式为旋转搅拌，电流频率设置为2～500Hz；控制初坯截面积S为2000～50mm2，其引出速度ν与初坯截面积需满足0.5mm·min≤S/ν≤20mm·min；在所述多路水冷结晶器出口向外1000mm范围内设置水幕喷淋冷却装置对初坯进行冷却，喷淋装置采用雾化喷嘴，喷嘴间隔为10～20mm，根据坯料尺寸设置数量，使喷嘴与坯料表面间距10～50mm，水压0.5～0.8MPa，从而得到合金元素均处于过饱和固溶态的铸态初坯。


2.如权利要求1所述的铜合金的水平连铸方法，其特征在于：一套水平连铸系统搭配2～4个多路水冷结晶器，实现2～4条初坯的连续引出，此时多路水冷结晶器的排布方式为一字排开，间隔200～400mm，每套多路水冷结晶器均配置独立的水冷和电磁装置。


3.如权利要求1所述的铜合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏涛，方攸同，刘嘉斌，方晓阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33