[发明专利]高强高导含铬铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金及其制备方法。

背景技术

高强高导铜基材料可分为高强高导铜合金材料和高强高导铜基复合材料两大类。对于高强高导铜合金材料，近年来以日本三菱公司研发的OMCL-1为背景的Cu-Cr-Zr系成为了目前研发的重点；高强高导铜基复合材料以Al₂O₃弥散强化铜(DSC)最具代表性，目前强化相有向碳化物发展的趋势。围绕这两大类高强高导铜基材料发展了各种制备技术，进行了许多机理性的基础研究。

一般说来，常规工艺制得的铜合金的电导率和强度是一对矛盾，电导率高则强度非常低，强度高则电导率很难提高。合金元素的加入都不同程度地降低铜的导电率。因而必须采用特殊的强化方式在保证高导电率的前提下尽可能提高其强度。通常采用的强化方式有：形变强化、弥散强化、固溶强化加沉淀强化、细晶强化、纤维复合强化。

Cr₃C₂分子质量180，为灰黑色斜方晶体，有金属光泽，显微硬度HV2700，高温抗氧化性高，是金属碳化物中最耐高温氧化者，耐酸，耐碱，不溶于水。常用于工程陶瓷，耐磨涂层，广泛用在飞机发动机及石油化工机械器件上，喷制半导体膜。在合金中常用作晶粒细化剂，作为强化相在Cu基中几乎不固溶，在1811℃，Cr₃C₂在Cu中仅有约0.05wt％固溶。碳化物强化相，具有一定的导电能力和良好的界面相容性，有望在高强高导铜基材料领域发展更广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强高导含铬铜合金，该铜合金的硬度和导电率关系配合良好，同时硬度和电导率可以体现较高的温度稳定性。

本发明所要解决的第二技术问题是：提供上述铜合金的制备方法，通过该方法制备的含铬铜合金的硬度和导电率关系配合良好，同时硬度和电导率可以体现较高的温度稳定性。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种用于制备Cr₃C₂增强铜基引线框架复合材料的方法，通过该方法制备的含铬铜合金的硬度和导电率关系配合良好，同时硬度和电导率可以体现较高的温度稳定性，用其制备的引线框架复合材料可以达到超大规模集成电路引线框架材料理想的主要性能指标。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高强高导含铬铜合金，所述铜合金含有0.35wt％～0.9wt％的Cr₃C₂。

优选地：所述铜合金中还含有0.001wt％～0.06wt％的Zr，0.001wt％～0.06wt％的稀土。

优选地：所述稀土为55％wt的La和45wt％的Ce。

为了解决第二技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于制备高强高导含铬铜合金的方法，包括：

母合金熔炼工艺：在真空电弧炉中用石墨容器隔离铜模电极，按一定质量百分比加入各元素碎粒，在预抽真空并充氩气后开始电弧熔炼，获得均匀球冠状母合金。然后再对母合金进行时效处理。石墨容器通常选用石墨坩锅。

优选地：按质量百分比Cu∶Cr∶Zr∶稀土为97～99∶0.3～0.9∶0.05～0.5∶0.02～0.08加入各元素的纯金属碎粒。

优选地：所述电弧熔炼电流10A～15A，电压150V～200V，反复熔炼，每次10min～20min，获得均匀球冠状母合金。

为了解决上述第三个技术问题，本发明提出一种用于制备Cr₃C₂增强铜基引线框架复合材料的方法，包括所述母合金熔炼工艺、喷铸法制备合金工艺和合金喷铸后的处理工艺；

其中，喷铸法制备合金工艺为：在真空喷铸系统中对所述母合金进行真空喷射成形，制得圆棒状合金；

合金喷铸后的处理工艺：将喷铸获得的合金直接进行冷变形，然后再时效处理，随炉冷却后取出。

优选地：冷变形后的合金在460℃～530℃时效处理60min～90min。

本发明的有益效果如下：

该含Cr₃C₂的铜合金的硬度和导电率关系配合良好，硬度达到最大时导电率也升到接近最高水平，同时硬度和电导率体现了较高的温度稳定性。其具有较高的电学性能和硬度，其综合性能已经达到超大规模集成电路引线框架材料理想的主要性能指标。本发明拓展了高强高导铜基材料强化相的选取方向和提供了更完善和优良的制备工艺。

附图说明