一種Cu-i-Si-Cr-Mg五元銅合金及其制備方法
一種cu-ni-si-cr-mg五元銅合金及其制備方法
技術領域
1.本發明屬于材料及制備加工技術領域，具體涉及一種cu-ni-si-cr-mg五元銅合金及其制備方法。
背景技術：
2.電子科技作為現代科學技術發展重要力量之一，具有戰略性、基礎性和先導性等特點，與國防建設和國民經濟發展緊密相連。隨著集成電路向大規模、超大規模迅速推進，引線框架作為集成電路的骨架和半導體芯片與外部電路連接的橋梁，其材料要具有高強和高導特點。電子元器插接件作為電連接器核心部件，主要作用為能量傳輸和信息交換，應用領域非常廣泛幾乎囊括所有光、電信號傳輸交互的場景，而高端電子元器接插件對材料要求更加嚴格。銅合金具有良好的導電、導熱性，較強的抗拉強度和硬度，較好的塑性加工性能逐步成為引線框架和電子元器接插件的主要材料，而cu-ni-si系合金又以其優良的使用性能和較低的工業生產成本，日益受到國內外業內學者的青睞。例如：
3.專利申請：“一種多元復合析出強化型高強高導銅合金及其制備方法(公開號cn108823466a)”，針對cu-ni-si系銅合金提出了添加zn、cr、p元素，利用熔鑄
→
均勻化
→
熱軋
→
雙面銑
→
粗冷軋
→
切邊
→
一次在線淬火
→
預精軋
→
二次在線淬火
→
一次精軋
→
一次時效
→
二次精軋
→
二次時效制備方法得到了易熔煉、復合析出強化、高抗拉強度和高導電率引線框架銅合金。
4.專利申請：“一種高強高彈銅鎳硅鈷系引線框架加工工藝(公開號cn107988512a)”，針對大規模、超大規模引線框架和精密接插端子cu-ni-si系銅合金，提出了添加co、mg、稀土元素和其它金屬元素，利用熔煉
→
加熱
→
熱軋
→
固溶
→
銑面
→
初軋
→
一次退火
→
中軋
→
二次退火
→
精軋
→
時效處理加工工藝得到了屈服強度800～850mpa，導電率≥45％iacs帶材。
5.專利申請：“導電性與彎曲性改善的cu-ni-si-mg系合金(公開號cn102105611a)”，提出了在cu-ni-si系銅合金中添加mg元素，此合金系可保持高強度、高導電性和良好的彎曲加工特性。
6.專利申請：“電子材料用cu-ni-si-co-cr系合金(公開號cn101983249a)”，提出在cu-ni-si為基礎合金系的情況下，添加co和cr元素得到了一種高強高導的電子材料用銅合金。專利申請：“電子材料用cu-ni-si系合金(公開號cn101270423a)”，提出cu-ni-si-cr系銅合金，同樣的得到了性能優良的電子材料用銅合金。
7.上述研究雖然通過添加合金強化元素和相應的制備手段，得到了性能較好的引線框架和電子接插件銅合金材料，然而復雜的合金體系和冗長的制備流程使工業生產成本和節能減排的環保理念，都隨著電子科技的發展日益被重視起來。
技術實現要素：
8.鑒于上述原因，本發明提供的目的在于本發明提供一種cu-ni-si-cr-mg五元銅合
金及其制備方法，可在保證滿足大規模、超大規模引線框架和高端電子元器接插件銅合金高強、高導性能要求的情況下，優化合金強化元素，縮短工藝流程，實現引線框架和電子元器插接件銅合金低成本、低能耗、低排放、高性能短流程制備。
9.為了實現上述目的，本發明的技術方案是：
10.一種cu-ni-si-cr-mg五元銅合金，按質量百分數計，合金成分如下：ni為2.8～3.2％，si為0.6～0.8％，cr為0.05～0.6％，mg為0.04～0.1％，基體cu余量。
11.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金，按質量百分數計，合金成分如下：ni為2.95～3.05％，si為0.65～0.7％，mg為0.07～0.1％，cr根據使用要求優選范圍為0.07～0.1％或0.4～0.5％，基體cu余量。
12.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，包括如下步驟：
13.(1)真空感應熔鑄；
14.(2)均勻化處理；
15.(3)熱鍛；
16.(4)雙銑面；
17.(5)熱軋；
18.(6)固溶；
19.(7)冷粗軋：冷粗軋單道次變形量為15％～30％，冷粗軋總變形量為83％～90％，冷粗軋后厚度為0.5mm～1.2mm；
20.(8)一次時效：時效溫度為360℃～560℃，時效時間為0.5h～16h；
21.(9)冷精軋：冷精軋總變形量40％～92％，冷精軋后厚度為0.1～0.3mm；
22.(10)二次時效：時效溫度為360℃～560℃，時效時間為0.5h～16h。
23.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，真空感應熔鑄特征為：將比例配好的純度在99.96wt％以上的電解cu、純度在99.96wt％以上的電解ni、純度在99.99wt％以上的多晶si，遵循下緊上松的原則依次放入真空感應爐的坩堝中，抽真空至氣壓在5pa以下后開始升溫熔化，待以上材料均熔化后，調溫至1185℃～1215℃，精煉15min～20min，精煉后向坩堝中充入氬氣并通過二次加料倉投入銅箔包裹的純度在99.96wt％以上的mg和純度在99.99wt％以上的cr，待液面平靜，無氣泡逸出即完全熔清后，攪拌均勻，澆鑄時帶電澆鑄，溫度控制在1155℃～1165℃。
24.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，均勻化處理特征為：鑄錠在900℃～1000℃溫度下保溫1～5小時。
25.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，熱鍛特征為：開鍛溫度≥900℃，終鍛溫度≥700℃，鍛造比2.2～3.7。
26.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，雙銑面特征為：根據需要進行雙面銑，以去除熱鍛后板料表面的缺陷，銑削深度0.1～0.5mm。
27.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，熱軋特征為：開軋溫度≥850℃，終軋溫度≥700℃，熱軋單道次變形量10％～35％，熱軋總變形量70％～85％，熱軋后厚度為5～8mm。
28.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，固溶特征為：固溶溫度800℃～1000℃，固溶時間1～5h。
29.所述的cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法，包括如下步驟：
30.(1)下引連續鑄造；
31.(2)棒材連續擠壓；
32.(3)冷粗軋：冷粗軋單道次變形量為15％～30％，冷粗軋總變形量為83％～90％，冷粗軋后厚度為0.5mm～1.2mm；
33.(4)一次時效：時效溫度為360℃～560℃，時效時間為0.5h～16h；
34.(5)冷精軋：冷精軋總變形量40％～92％，冷精軋后厚度為0.1～0.3mm；
35.(6)二次時效：時效溫度為360℃～560℃，時效時間為0.5h～16h。
36.本發明的設計思想是：
37.基于cu-ni-si合金體系，利用時效過程中析出強化相的特點在原有析出單相的基礎上通過添加合金元素，析出不同類型的強化相，實現雙相強化并且通過添加室溫下與cu固溶度較低的cr元素，使合金在提升強度的同時對減小導電率的影響。為充分實現雙相強化協同作用，在制備方法上引入冷精軋和二次時效可進一步促進強化相析出，提升合金導電率并且冷精軋可增強位錯強化作用，進一步提升銅合金強度。
38.本發明的優點及有益效果為：
39.1、本發明可在保證滿足大規模、超大規模引線框架和高端電子元器接插件銅合金高強、高導性能要求的情況下，優化合金強化元素，縮短工藝流程，實現引線框架和電子元器插接件銅合金低成本、低能耗、低排放、高性能短流程制備。
40.2、本發明二次時效處理過程中形成ni2si相與cr3si相，使合金產生雙相強化作用，同時固溶在cu基體中的ni、si和cr元素沉淀析出，提升合金的導電率。冷精軋后板帶材厚度0.1～0.3mm，二次峰時效狀態合金抗拉強度大于830mpa，導電率大于40％iacs。
附圖說明
41.圖1為第一種cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法流程圖。
42.圖2為第二種cu-ni-si-cr-mg五元銅合金的制備方法流程圖。
具體實施方式
43.在具體實施過程中，本發明cu-ni-si-cr-mg五元銅合金可通過兩種短流程制備方法制備，具體流程為：(1)真空感應熔鑄
→
均勻化處理
→
熱鍛
→
雙銑面
→
熱軋
→
固溶
→
冷粗軋
→
一次時效
→
冷精軋
→
二次時效；(2)下引連續鑄造
→
棒材連續擠壓
→
冷粗軋
→
一次時效
→
冷精軋
→
二次時效。
44.以下，結合附圖對本發明實施例進行進一步詳細具體的說明。
45.實施例1：
46.本實施例設計開發了一種滿足大規模、超大規模引線框架和高端電子元器接插件高強高導性能要求的五元銅合金：cu-3.03ni-0.69si-0.074cr-0.081mg(wt％)，該銅合金強化相為ni2si相與cr3si相。
47.如圖1所示，上述cu-ni-si-cr-mg五元合金的制備方法具體描述如下：
48.(1)真空感應熔鑄：將比例配好的純度在99.96wt％以上的電解cu、純度在99.96wt％以上的電解ni、純度在99.99wt％以上的多晶si，遵循下緊上松的原則依次放入
真空感應爐的坩堝中，抽真空至氣壓為4pa后開始升溫，待以上材料均熔化后，調溫至1215℃，精煉15min，精煉后向坩堝中充入氬氣并通過二次加料倉投入銅箔包裹的純度在99.96wt％以上的mg和純度在99.99wt％以上的cr，待液面平靜，無氣泡逸出即完全熔清后，攪拌均勻，澆鑄時帶電澆鑄，溫度控制在1165℃。
49.(2)均勻化處理：鑄錠在960℃溫度下保溫2h。
50.(3)熱鍛：開鍛溫度960℃，終鍛溫度780℃，鍛造比2.4。
51.(4)雙銑面：去除熱鍛后板料表面的缺陷，銑削深度0.2mm。
52.(5)熱軋：開軋溫度900℃，終軋溫度750℃，共軋6道次，熱軋單道次變形量分別為13.3％、19.2％、21.4％、24.2％、32％、29.4％，熱軋總變形量80％(單道次變形量為每一道次單次變形值與上一次厚度的比值，總變形量為總變形值與原始熱軋厚度的比值，下同)，熱軋后厚度為6mm。
53.(6)固溶：固溶溫度860℃，固溶時間1h。
54.(7)冷粗軋：共7道次，冷粗軋單道次變形量為25％、20％、19.4％、24.1％、27.3％、25％、16.7％，冷粗軋總變形量為83.3％(單道次變形量為每一道次單次變形值與上一次厚度的比值，總變形量為總變形值與原始熱軋厚度的比值，下同)，冷粗軋后厚度為1mm。
55.(8)一次時效：時效溫度為460℃，時效時間為2h。
56.(9)冷精軋：冷精軋總變形量70％，冷精軋后厚度為0.3mm。
57.(10)二次時效：時效溫度為410℃，時效時間為2h。
58.本實施例中，時效后合金抗拉強度大于840mpa，導電率大于42％iacs。
59.實施例2：
60.本實施例設計開發了一種滿足大規模、超大規模引線框架和高端電子元器接插件高強高導性能要求的五元銅合金：cu-2.99ni-0.67si-0.4cr-0.077mg(wt％)，該銅合金強化相為ni2si相與cr3si相。
61.如圖1所示，上述cu-ni-si-cr-mg五元合金的制備方法具體描述如下：
62.(1)真空感應熔鑄：將比例配好的純度在99.96wt％以上的電解cu、純度在99.96wt％以上的電解ni、純度在99.99wt％以上的多晶si，遵循下緊上松的原則依次放入真空感應爐的坩堝中，抽真空至氣壓為3pa后開始升溫，待以上材料均熔化后，調溫至1215℃，精煉15min，精煉后向坩堝中充入氬氣并通過二次加料倉投入銅箔包裹的純度在99.96wt％以上的mg和純度在99.99wt％以上的cr，待液面平靜，無氣泡逸出即完全熔清后，攪拌均勻，澆鑄時帶電澆鑄，溫度控制在1165℃。
63.(2)均勻化處理：鑄錠在960℃溫度下保溫2h。
64.(3)熱鍛：開鍛溫度960℃，終鍛溫度780℃，鍛造比2.4。
65.(4)雙銑面：去除熱鍛后板料表面的缺陷，銑削深度0.2mm。
66.(5)熱軋：開軋溫度900℃，終軋溫度750℃，共軋6道次，熱軋單道次變形量分別為13.3％、19.2％、21.4％、24.2％、32％、29.4％，熱軋總變形量80％，熱軋后厚度為6mm。
67.(6)固溶：固溶溫度960℃，固溶時間1h。
68.(7)冷粗軋：共7道次，冷粗軋單道次變形量為25％、20％、19.4％、24.1％、27.3％、25％、16.7％，冷粗軋總變形量為83.3％，冷粗軋后厚度為1mm。
69.(8)一次時效：時效溫度為460℃，時效時間為2h。
70.(9)冷精軋：冷精軋總變形量70％，冷精軋后厚度為0.3mm。
71.(10)二次時效：時效溫度為410℃，時效時間為2h。
72.本實施例中，時效后合金抗拉強度大于830mpa，導電率大于40％iacs。
73.實施例3：
74.本實施例設計開發了一種滿足大規模、超大規模引線框架和高端電子元器接插件高強高導性能要求的五元銅合金：cu-3ni-0.65si-0.4cr-0.1mg(wt％)，該銅合金強化相為ni2si相與cr3si相。
75.如圖2所示，上述cu-ni-si-cr-mg五元合金的制備方法具體描述如下：
76.(1)下引連續鑄造。
77.(2)棒材連續擠壓。
78.(3)冷粗軋：共7道次，冷粗軋單道次變形量為25％、20％、19.4％、24.1％、27.3％、25％、16.7％，冷粗軋總變形量為83.3％，冷粗軋后厚度為1mm。
79.(4)一次時效：時效溫度為460℃，時效時間為2h。
80.(5)冷精軋：冷精軋總變形量70％，冷精軋后厚度為0.3mm。
81.(6)二次時效：時效溫度為410℃，時效時間為2h。
82.本實施例中，時效后合金抗拉強度大于835mpa，導電率大于42％iacs。
83.實施例結果表明，本發明的cu-ni-si-cr-mg系合金具有高硬度、高導電率和生產成本低等諸多優點，滿足大規模、超大規模集成電路引線框架和高端電子元器接插件銅合金的使用要求。
84.以上所述的實施例僅為本發明較佳的具體實施方式，本發明的保護范圍不限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換，均屬于本發明的保護范圍之內。
