一种Cu-Ni-Si基合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高导电性能Cu-Ni-Si基合金及其制备方法，属于铜合金材料技术领域，其特征在于Cu-Ni-Si-V合金的组分及其重量百分比为：Cu95.5~97.5%,Ni2.0~3.0%,Si0.5~1.2%,V0~0.3%，该方法的具体步骤为：将纯铜、纯硅、纯镍、纯钒按照配比在感应炉中熔炼并在金属模具中浇铸获得坯料。对热轧和冷轧变形处理后的坯料进行时效和固溶处理。实验结果表明：添加合金元素V对Cu-Ni-Si合金由明显的晶粒细化作用；且添加适量的V（0.086wt.%）可以大幅提高合金的导电性，同时只伴随硬度的微量下降，即将合金的综合性能从电导率41.4%IACS，硬度195.7Hv提高到电导率60%IACS，硬度值205Hv；且添加0.086wt.%V的合金析出的弥散细小的第二相体积分数是未添加V之前合金的两倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种高强度高导电性能Cu-Ni-Si基合金及其制备方法，属于铜合金材料
，具体涉及一种通过添加低成本合金元素，提高合金的时效动力，在短时间内时效获得高体积分数的弥散细小第二相达到沉淀强化和净化基体的目的，并结合细晶强化获得高强度高导电性能的Cu-Ni-Si合金。
技术介绍
由于铜合金具有优良的导电性，低廉的价格和良好的加工成型性等优点，被广泛用作集成电路引线框架材料。到了 20世纪90年代，铜基引线框架材料的消耗量已占引线框架材料总消耗量的80%以上。随着集成电路向高密度、小型化、多功能化发展，对引线框架材料的强度，导电导热性能要求越来越高。高强高导铜合金的设计有两种思路一是加入适量合金元素强化铜基体来提高强度，同时尽量避免对电导率的不良影响；二是引入第二相形成复合材料，通过复合强化取长补短，达到高强高导。前者的合金化法是制备高强高导铜合金的基本方法之一，其强化手段主要是固溶强化、沉淀强化、细晶强化和形变强化。不同元素在铜合金中的作用不同。一般来说，固溶元素均降低铜的导电率和导热性能，其中P、Fe、Si、As降低最多，Be、Al、Sb、Mn、Ni 次之，Ag、Cr、Cd、Mg、Zn、Zr 降低最少。固溶强化改善强度效果不很显著，通常结合时效处理来提高强度。Cu-Ni-Si是一种时效强化型合金。它不含有毒元素铍，与常用Cu-Fe系引线框架材料相比没有磁性，且兼具有高强度和中导电率以及低廉的价格等优点引起了人们极大的关注，成为应用前景最为广阔的引线框架材料。其时效强化基本原理是在铜中加入常温下固溶度极小，而高温下固溶度极大的合金元素，通过高温固溶处理，使合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体。时效处理后过饱和固溶体分解，合金元素以沉淀相从铜基体中析出，导电率迅速提高，同时由于时效析出相的强化作用而保持较高的强度。因此沉淀强化的合金元素应具备以下两个条件一是高温和低温下在铜中的固溶度相差较大，以使得时效能产生足够多的强化相；二是室温时在铜中的固溶度极小，以保证基体的高导电性。然而，目前具有理想性能指标且能应用于实际生产中的(电导率为60%IACS，硬度值200Hv)的Cu-Ni-Si系仍未能获得。
技术实现思路
本专利技术一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金及其制备方法,其目的在于提供一种添加合金元素钒V对Cu-Ni-Si合金进行合金化，获得弥散析出第二相，并结合随后的形变和热处理工艺，通过细晶强化、固溶强化和沉淀强化的综合效果，同时提高强度和电导率的合金材料及其制备方法。本专利技术一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金，其特征在于是一种通过添加合金元素钒V对Cu-Ni-Si合金进行合金化，提高合金的时效动力，在短时间内时效获得高体积分数的弥散细小第二相达到沉淀强化和净化基体的目的，并结合细晶强化并结合细晶强化获得高强度高导电性能的合金材料，该合金材料其组分和重量百分比为=Cu 95. 5^97. 5%,Ni 2.0 3.0%，Si 0. 5 I. 2 %，V 0 0. 3%，具有弥散分布在基体上的Ni2Si和(NiV) 2Si增强相，其电导率为60%IACS，硬度值200Hv。上述的一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金的制备方法，其特征在于是一种采用添加合金元素V进行晶粒细化，增强第二相的析出动力学以达到沉淀强化和净化基体同时提高强度和电导率的制备方法，其具体工艺步骤为 I、坯料制备将纯度大于99.9%的纯铜、纯硅、纯镍、纯钒按下列质量百分比的成分Cu 95. 5 97.5%, Ni 2. 0^3. 0%, Si 0. 5 I. 2 %，V 0 0. 3%在真空感应炉中熔炼，待所有原料熔炼完毕后，在120(Tl300 °C保温15 20分钟，以保证所有合金元素溶解并充分扩散，并在金属模具中浇铸获得长为15(Tl95mm，宽为5(T60mm，高为30mm的长方形坯料； II、变形处理先将坯料在95(T980oC下进行均匀化退火2 4h处理，随后坯料在95(T980oC下进行热轧，总变形量为65 70%，热轧后的合金经除鳞处理，在室温下进行8 10道次的冷轧，总变形量为65 75%，最终得到厚度约为I. 5^3. Omm的薄板； III、热处理将变形处理后的合金板材线切割成2x2cm的片状试样，进行固溶+时效处理，固溶热处理温度根据Pandat 8.0相图模拟结果以及差热分析仪测定的相变转变点温度，选取在单相区固相线以上，液相线以下温度区间，适用于本专利技术合金系的固溶处理条件为900 950 V X2 4 h，水冷，人工时效制度为350 500 V X0. 3 40 h，固溶处理和人工时效处理配合原则为固溶处理2 4小时后进行人工时效处理。本专利技术一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金及其制备方法，其优点在于 I、与现有的高强度高导电性能铜合金相比，本专利技术采用添加合金元素V进行晶粒细化，增强第二相的析出动力学以达到沉淀强化和净化基体提高电导率的手段，使得本专利技术的Cu-Ni-Si基合金同时具有较高强度和导电性，电导率为60 %IACS，硬度值200Hv组织均匀且不含有毒元素，该系列合金的优异性能在引线框架材料领域具有广阔的应用前景。II、本专利技术合金组分合理、合金化程度高、生产工艺简单、生产成本低、合金导电率高、强度高、适于工业化生产。III、本专利技术对满足随着我国电子工业快速发展带来的对铜合金引线框架不断增长的需求，以及解决引线框架材料依赖进口的问题有重要的意义。附图说明图I为高强度高导电性能Cu-Ni-Si基合金的TEM明场相 图2 Cu-2. 8Ni-0. 7Si-0V合金时效后的电导率和硬度值(比较例) 图3 Cu-2. 8Ni-0. 7Si-0. IV合金时效后的电导率和硬度值(实施方案I) 图4 Cu-2. 8Ni-0. 7Si-0. 2V合金时效后的电导率和硬度值(实施方案2)。具体实施例方式实施方式I 高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金，包括Cu、Ni、Si、V，其配比(质量百分比)为Ni 2.8%, Si : 0. 7%, V 0. 1%，其余为 Cu。步骤一，坯料制备将纯度大于99. 9%的纯铜、纯硅、纯镍、纯钒按下列质量百分比的成分Cu 95. 5 97.5%, Ni 2. 0^3. 0%, Si 0. 5 I. 2 %，V 0 0. 3%在真空感应炉中熔炼，待所有原料熔炼完毕后，在1250 °C保温20分钟，以保证所有合金元素溶解并充分扩散，并在金属模具中烧铸获得长为190mm,宽为55mm,高为30mm的长方形还料； 步骤二，变形处理先将坯料在980oC下进行均匀化退火2h处理。随后坯料在980oC下进行热轧，总变形量为70%。热轧后的合金经除鳞处理，在室温下进行总变形量为75%(10道次)的冷轧，最终得到厚度约为2. Omm的薄板。步骤三，热处理将变形处理后的合金板材线切割成2X2cm的片状试样。并将所有试样分为两组，一组进行固溶+时效处理；另外一组直接进行时效处理。固溶热处理温度根据Pandat 8.0相图模拟结果以及差热分析仪测定的相变转变点温度，选取在单相区固相线以上，液相线以下温度区间，适用于本专利技术合金系的固溶处理条件为950 0C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金，其特征在于是一种通过添加合金元素钒V对Cu-Ni-Si合金进行合金化，提高合金的时效动力，在短时间内时效获得高体积分数的弥散细小第二相达到沉淀强化和净化基体的目的，并结合细晶强化并结合细晶强化获得高强度高导电性能的合金材料，该合金材料其组分和重量百分比为=Cu 95. 5^97. 5%, Ni2.0 3.0%，Si 0.5 1.2%，V 0 0. 3%，具有弥散分布在基体上的Ni2Si和(NiV)2Si增强相，其电导率为60%IACS，硬度值200Hv。2.权利要求I所述的一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金的制备方法，其特征在于是一种采用添加合金元素V进行晶粒细化，增强第二相的析出动力学以达到沉淀强化和净化基体同时提高强度和电导率的制备方法，其具体工艺步骤为 I、坯料制备将纯度大于99.9%的纯铜、纯硅、纯镍、纯钒按下列质量百分比的成分Cu 95. 5 97.5%, Ni 2. 0^3. 0%, Si 0. 5 I. 2 %，V 0 0....

【专利技术属性】
技术研发人员：阙仲萍，程伟丽，陈津，张金山，林万明，梁伟，丁敏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：