一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法。合金化学成分组成：Ni：3.8～5.0％；Si：0.6～1.3％；Al：0.2～0.8％；Mg：0.05～0.2％；Ce：0.05～0.15％；B：0.05～0.10％；Zr：0.05～0.1％；余量是Cu和不可避免的杂质，质量百分数。制备方法包括：熔炼、连铸、冷轧、热轧、酸洗、冷轧、固溶处理、酸洗、精轧、时效、表面处理、剪切包装等步骤。本发明专利技术合金组分合理，生产工艺简单，节能降耗、生产成本低、操作方便。本发明专利技术所制备的CuNiSi系弹性铜合金具有超高强度、高导电和高抗应力松弛等特性，可适用于航天、航空以及微电子工业的高性能导电弹性器件，如大功率密封电磁继电器的簧片等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是指一种超高强高导电高抗应力松弛CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法。制备的材料主要应用于航天、航空工业以及电子工业中的高性能导电弹性器件等。属于新材料领域。
技术介绍
随着高科技产业的发展，对弹性铜合金的综合性能提出了更高的要求，在很多的使用环境下，如功率型密封电磁继电器所用的簧片这一弹性材料，其工作环境的温度高达150°C，因此要求作为簧片的弹性铜合金在此温度下仍需具有高强度(大于IOOOMPa)、高抗应力松弛(小于10% IACS)和高导电性(大于25% IACS)等性能。铍青铜具有高强度、高弹性、高硬度、高耐磨性、抗疲劳和优良的导电性能(大于25% IACS)，曾被誉为“弹性铜合金之王”。但该合金含有剧毒元素Be，对环境和人们的健康造成威胁，而且该合金在150°C环境下使用时，材料弹性性能急剧降低，服役100小时后其应力松弛率就高达30%以上，导致器件工作失效，不能满足工作环境温度为或高于150°C的器件对导电弹性材料的要求。开发出“环保型”无铍、并且能够满足工作环境温度为或高于150°C的器件所需要的弹性铜合金，已成为国内外研究与攻关的重点。世界发达国家如美国、日本、德国、俄罗斯等和中国等都投入了大量的精力来开发“环保型”无铍弹性铜合金，目前已经开发出并使用的合金包括Cu-N1-Al、Cu-N1-Sn、Cu-T1、“卡密隆”、“卡密林”、MHU15-20和德银合金等新型无铍弹性铜合金。这些合金具有相当高的强度(彡IOOOMPa)，而且在150°C下应力松弛率很低(小于10% )，因此它们在150°C环境 下使用时仍然保持高的弹性性能，但它们均存在导电率太低的问题(小于15% IACS)，不能满足导电性能要求更高的器件，如功率型继电器对弹性材料导电率大于等于25% IACS的基本要求。与上述弹性铜合金相比，Cu-N1-Si系合金在同等强度下具有更高的导电率。通过适当的处理可获得高强度、高导电性，已经作为超大规模集成电路引线框架材料而备受关注。该系列合金的研究非常活跃，世界各国现已开发出了二十余种Cu-N1-Si系铜合金框架材料，最高性能已达到抗拉强度为750MPa、导电率为45% IACS。Cu-N1-Si系合金是一种典型的时效强化铜合金，目前研究和开发的重点多集中于Ni含量小于3.75%的Cu-N1-Si合金，与许多铜合金相似，Cu-N1-Si合金在不同的成分和时效条件下可能会析出不同的相，只有通过高合金化，利用时效处理，在铜合金中产生足够高密度的纳米强化粒子，才能使铜合金获得超高强度(大于IOOOMPa)。“超高强、高导电CuNiSiSnMg系弹性铜合金及其制备方法”(ZL200810032004.2)和“一种超高强、高抗应力松弛CuNiSiAl系弹性铜合金制备方法”(ZL201010571290.7)分别公开了两种超高强高抗应力松弛CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法，但是均存在一些生产上的成本压力和经济效益，难以满足工业生产的应用要求。(I)公开的专利“超高强、高导电CuNiSiSnMg系弹性铜合金及其制备方法”(200810032004.2)提供了一种CuNiSiSnMgZr合金具有超高的强度、良好的导电性能和优异的抗应力松弛性能。但其制备过程中存在一些不足之处，如因为添加了 Sn元素造成了锭坯的偏析严重，需要较长时间的均匀化处理；需要控制的双级固溶处理难以控制升温速率，实现难度大；且其所述的非真空二次重熔工艺难以大规模、工业化生产。(2)专利“一种超高强、高抗应力松弛CuNiSiAl系弹性铜合金制备方法”(ZL201010571290.7)公开的专利中所述制备方法为:①配料:合金成分范围(质量百分数)为:N1:5.3 6.3wt% ；S1:0.9 1.6%，Al:0.2 1.0wt% ；Mg:0.05 0.2wt% ；Cr:0.05 0.3wt % ;余量是Cu。②熔铸；③均匀化处理(930°C 940°C氮气保护炉中均匀化处理3 5小时)；④热轧；⑤固溶处理(940°C 960°C );⑥冷轧；⑦时效处理再冷轧；共8个步骤，该专利制备方法制备获得的合金主要性能为:抗拉强度为1182 1204MPa,电导率为26.8 30.8% IACS，应力松弛率为7.5 7.8%。该专利在熔铸后要进行均匀化处理(930°C 940°C氮气保护炉中均匀化处理3 5小时)，能耗非常大；同时固溶处理(940°C 960°C固溶处理4 6小时)的温度非常高，能耗也非常高，使得生产成本较高，工艺化生产难度还是比较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高导电率高抗应力松弛的CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术的CuNiSi系弹性铜合金的成分组成(重量百分比)为:N1:3.8 5.0 % ；S1:0.6 1.3 % ；A1:0.2 0.8 % ；Mg:0.05 0.2 % ；Ce:0.05 0.15% ；B:0.05 0.10% ；Zr:0.05 0.10% ;余量为 Cu。优选地，本专利技术的CuNiSi系弹性铜合金的成分组成(重量百分比)为:Ni:4.5 4.8% ；Si:0.8 1.0% ；A1:0.5 0.6% ；Mg:0.1 0.15% ；Ce:0.08 0.1% ;B:0.07 0.08% ；Zr:0.05 ~ 0.08% ;余量是 Cu。本专利技术的一种CuNiSi系弹性合金的制备方法，包括以下步骤:①熔炼:将电解铜和镍放入加热炉中熔化，熔化温度1310 1400°C，待其完全熔化后，降温至1200 1280 V，再将铝、铜-硅中间合金、铜-镁中间合金、铜-锆中间合金、铜-铈中间合金和镍-硼中间合金分别加入，熔匀后形成合金熔体，使得熔体成分范围(重量百分比)为:Ni:3.8 5.0% ；S1:0.6 1.3% ；A1:0.2 0.8% ；Mg:0.05 0.2% ；Ce:0.05 0.15% ；B:0.05 0.10% ；Zr:0.05 0.10% ;余量为Cu ;②连铸:在连续铸造机上连铸成板坯，铸造温度保持在1240 1300°C，铸造速度2.5 4.5m/h，冷却水压力0.01 0.03MPa ;③冷轧:将获得的铸造板坯进行双面铣面后，直接进行冷轧，冷轧变形量25 35% ;④热轧:将获得的冷轧板坯加热至800 850°C热轧；热轧变形量40 80% ;⑤冷轧:将酸洗后的热轧板材进行冷轧，冷轧变形量40 60% ;⑥固溶处理:将冷轧板在还原性气体或惰性气体保护的保温炉中于890 920°C固溶处理2 6小时，水雾化淬火；⑦精轧:将酸洗板材进行冷精轧，变形量40 60% ;⑧时效处理:在450 500°C时效处理30 180分钟。本专利技术专利制备CuNiSi合金主要性能为:抗拉强度为1002 1255MPa，导电率为35.1 39.7% IACS ;应力松弛率为6.5 6.9%。本专利与专利200810032004.2专利相比，避免了 Sn的铸锭偏析影响，生产成本更低廉、工艺更简单、更适合工业化生产、各项性能指标更优异。本专利与专利ZL201010571290.7专利相比，省去了均匀化退火高耗能环节，并降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuNiSi系弹性铜合金，其特征是，组成如下(重量百分比)：Ni：3.8～5.0％；Si：0.6～1.3％；Al：0.2～0.8％；Mg：0.05～0.2％；Ce：0.05～0.15％；B：0.05～0.10％；Zr：0.05～0.10％；余量是Cu。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李周，刘占海，王士杰，雷前，赵峰，姜业欣，田秀山，马云才，肖韬，张西军，李思，刘娜，肖柱，梁琦明，李学帅，孙克斌，田英明，荆岩，付连岳，胡海军，
申请(专利权)人：中南大学，中色奥博特铜铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：