一种高强度铜合金板带及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，具体公开了一种高强度铜合金板带及其制备方法。高强度铜合金板带的化学成分组成为：重量百分含量为0.95％～10.05％的Zr，重量百分含量为0.035％～0.105％的Ag，余量的Cu。本发明专利技术提供的高强度铜合金板带采用高锆含量的亚共晶Cu-Zr-Ag合金，通过真空熔炼、多道次冷轧、辅以最终退火处理，最终获得以原位超细Cu9Zr2(Cu5Zr)金属间化合物纤维增强的超高强度Cu-Zr-Ag铜合金板带。本发明专利技术提供的高强度铜合金板带不仅具有GPa级高强度、中等导电性、高抗软化温度，而且具有组织、性能可控等优点，在国防工业和电子信息产业具有广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料
，具体涉及ー种高强度铜合金板带及其制备方法。
技术介绍
大規模集成电路与微电子器件的高度集成化与小型化，以及光伏清洁能源产业的快速发展，对高強度和超高强度电子封装关键材料、大規模集成电路引线框架材料、光伏太阳能电池衬板材料等的性能提出了新的要求，需要 有高強度和高导热、导电性的结合，从而能承受更高的封装和使用強度和硬度，同时，还应具有高的抗软化温度，使用温度在300°C时的抗拉强度下降率在10%以下。目前常用高强度铜合金如Cu-Be、Cu-Cr和Cu-Ag等合金已不能满足要求，如Cu-Be合金导电性不足，而其它合金则强度较低。但是由于铜合金的抗拉强度和导电率是ー对相互矛盾的性能指标，采用常规冶金方法制备的材料很难满足上述要求。目前获得高强度铜合金的方法有大变形、大变形+沉淀硬化、大变形+沉淀硬化+固溶强化、复合材料法等四种，其中复合材料法主要有4类高熔点金属纤维增强铜合金法，如Cu-W ;原位共晶纤维复合材料法，如Cu-L 56% Cr ;形变原位复合材料法，如Cu-20% Nb, Cu-15vol. % Cr ;累积叠层轧制法,如Cu/Zr。原位共晶纤维复合材料法虽然可以获得理想的高強度和高导电的结合，但由于受共晶成分和结晶规律的限制，性能的进ー步提高和エ业化的应用受到制約。高熔点金属纤维增强铜合金法因W、Mo金属纤维本身成本高和难加工性，使其制造技术复杂、エ艺要求高、质量控制难度大。目前对高强高导电铜合金研发主要集中在Cu_Ag、Cu-Nb> Cu-Cr和Cu-Fe ニ元合金系，以及Cu-Ag-Nb、Cu-Ag-Cr> Cu-Fe-Cr等三元合金系。但是，其最大拉伸强度一般不超过lOOOMPa，即lGPa。这与增强纤维相均为大变形纯金属有关，纯金属的強度通常较低，即使经过剧烈冷变形塑性纯金属的強度一般不超过650MPa。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种高强度铜合金板带。本专利技术的目的还在于提供ー种高强度铜合金板带的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是ー种高强度铜合金板带，其化学成分组成为重量百分含量为O. 95% 10. 05%的Zr，重量百分含量为O. 035% O. 105%的Ag,余量的Cu。在本专利技术提供的高强度铜合金板带中，Cu为合金基体，Zr以Cu9Zr2(或Cu5Zr)第二相金属间化合物的形式存在，Cu9Zr2(Cu5Zr)的形状为平行于拉拔方向的大部分纤维和分布在铜基体上的微量细小弥散颗粒，Ag以Cu-Ag固溶体的形式存在。ー种高强度铜合金板带的制备方法，包括以下步骤⑴合金配料取原料2号标准电解铜、海绵锆和I号白银，按以下成分组成进行配料Zr的重量百分含量为O. 95% 10. 05%,Ag的重量百分含量为O. 035% O. 105%、余量的Cu ；⑵真空熔炼在中频真空熔炼炉中，将2号标准电解铜和I号白银放入硅砂坩埚或石墨坩埚，海绵锆放置在料盘上，中频真空熔炼炉抽真空至5X 10_2Pa，熔化2号标准电解铜和I号白银，之后精炼20分钟，关闭阀门，充O. 06MPa氩气，然后向2号标准电解铜和I号白银形成的熔融金属液中加海绵锆，之后静止(静止是指熔炼时只加热保温，不进行搅拌)I分钟，形成2号标准电解铜、I号白银、海绵锆的熔融液体，将所述2号标准电解铜、I号白银、海绵锆的熔融液体浇注入纯铜铸模内，浇注成厚度20 60mm，宽度20 IOOmm的矩形截面铸锭，然后冷却10 60分钟，取出；(3)真空自耗电极熔炼将步骤(2)制得的矩形截面铸锭切掉冒ロ作为自耗电极，在真空自耗电极熔炼炉内熔炼，抽真空至5X10_2Pa，充O. 06MPa氩气保护，待熔化后浇注入水冷纯铜铸模内，控制浇注温度在1180 1220°C，浇注成厚度20 60mm，宽度20 IOOmm的矩形截面铸锭，冷却10 30分钟，取出；(4)连续冷轧变形+中间退火将步骤(3)制得的矩形截面铸锭用双面铣削机扒去外皮，之后在冷轧机上进行多道次冷轧制，在冷轧变形量达到60%时进行中间退火，所述中间退火在保护气氛罩式退火炉中进行，退火温度500°C，保温4小时，冷却至温度低于100°C出炉；待冷轧至厚度为O. 08 O. 38mm时,制得合金板带,卷取机卷起；(5)最终退火将步骤(4)制得的合金板带在保护气氛罩式退火炉中于300 400°C加热O. 5 4小时，采用氮气和氢气混合气体保护，之后缓冷，制得高强度铜合金板帯。优选的，所述2号标准电解铜为Cu-CATH-2，纯度为Cu的重量百分含量彡 99. 95%。所述海绵锆为HZr-I，纯度为Zr的重量百分含量彡99. 4%。所述I号白银的纯度为Ag的重量百分含量彡99. 99%。Zr作为铜合金和形变铜合金的重要合金元素，目前通常添加量很低，属微量添加，一般为O. 05% O. 10%,用来通过时效析出形成弥散分布的Cu-Zr金属间化合物,显著提高铜系合金或形变铜合金的组织热稳定性和抗软化温度根据Cu-Zr ニ元合金相图，随Zr含量的增加，在 Cu-Zr 系中相继出现 Cu9Zr2(Cu5Zr)、Cu4Zr (Cu51Zr14)、Cu8Zr3、Cu10Zr7> CuZr 和CuZr2,因此Cu-Zr合金成为研发形变原位金属间化合物纤维增强铜合金的最佳合金体系，但是，当合金中Zr含量高于11. 23%，合金脆性増大，強度急剧下降。另外，为避免合金导电性急剧下降，在合金中添加少量Ag，既可以提高合金导电性，也可以改善合金热加工及鋳造性能。本专利技术提供的高强度铜合金板带采用高锆含量的亚共晶Cu-Zr-Ag合金，通过真空熔炼、多道次冷轧、辅以最終退火处理，最終获得以原位超细Cu9Zr2(Cu5Zr)金属间化合物纤维增强的超高强度Cu-Zr-Ag铜合金板带,其中Zr主要以Cu9Zr2 (Cu5Zr)金属间化合物的形式存在，其形状为平行于拉拔方向的大部分片状纤維和分布在铜基体上的微量细小弥散颗粒，Ag以Cu-Ag固溶体的形式存在。由于铜基体中的合金元素以弥散分布第二相Cu-Zr化合物的形式大部分析出，使铜基体的导电率明显改善，再结晶抗力显著提高，从而使合金在具有超高強度的同时，保持较高的导电性和高温稳定性。本专利技术提供的高强度铜合金板带的抗拉强度达IGPa以上，导电率为30 60% IACS，软化温度为400 550°C，具有高热稳定性。本专利技术提供的高强度铜合金板带不仅具有GPa级高强度、中等导电性、高抗软化温度，而且具有组织、性能可控等优点，可用于大功率电真空管、微电子器件、大規模集成电路、微波通信、光伏发电等领域，在国防エ业和电子信息产业具有广泛应用。具体实施例方式实施例I本实施例提供的高强度铜合金板带的化学成分组成为重量百分含量为2. 85%的Zr，重量百分含量为O. 035%的Ag，余量的Cu。Cu为合金基体，Zr以Cu9Zr2(Cu5Zr)第二相金属间化合物的形式存在，Cu9Zr2(Cu5Zr)的形状为平行于拉拔方向的大部分纤维和分布 在铜基体上的微量细小弥散颗粒，Ag以Cu-Ag固溶体的形式存在。本实施例提供的高强度铜合金板带的制备方法，包括以下步骤(I)合金配料取原料2号标准电解铜Cu-CATH-2、海绵锆HZr-本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种高强度铜合金板带，其特征在于，所述高强度铜合金板带的化学成分组成为重量百分含量为O. 95% 10. 05%的Zr，重量百分含量为O. 035% O. 105%的Ag，余量的Cu。2.—种权利要求I所述的高强度铜合金板带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)合金配料 取原料2号标准电解铜、海绵锆和I号白银，按以下成分组成进行配料Zr的重量百分含量为O. 95% 10. 05%,Ag的重量百分含量为O. 035% O. 105%、余量的Cu ； (2)真空熔炼 在中频真空熔炼炉中，将2号标准电解铜和I号白银放入硅砂坩埚或石墨坩埚，海绵锆放置在料盘上，中频真空熔炼炉抽真空至5X 10_2Pa，熔化2号标准电解铜和I号白银，之后精炼20分钟，关闭阀门，充O. 06MPa氩气，然后向2号标准电解铜和I号白银形成的熔融金属液中加海绵锆，之后静止I分钟，形成2号标准电解铜、I号白银、海绵锆的熔融液体，将所述2号标准电解铜、I号白银、海绵锆的熔融液体浇注入纯铜铸模内，浇注成厚度20 60mm,宽度20 IOOmm的矩形截面铸锭，然后冷却10 60分钟，取出； (3)真空自耗电极熔炼 将步骤⑵制得的矩形截面铸锭切掉冒ロ作为自耗电极，在真空自耗电极熔炼炉内熔炼，抽真空至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：田保红，李红霞，龙永强，刘勇，张毅，任凤章，贾淑果，宋克兴，杨雪瑞，冯江，孙永伟，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：