[发明专利]一种高性能弹性铜合金及其制备和加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能弹性铜合金及其制备和加工方法，具体为一种铜镍硅钴合金，该铜合金具有高强度、高弹性、高疲劳性、耐热性好的特点，同时兼备了高导电性和抗应力松弛的优点，主要应用于电器接插件、弹簧、连接器、开关、触头等各类电子元件中，在很多要求高导电性的场合能够替代高弹性铍铜。

背景技术

高性能弹性铜合金是指在就有优良的弹性的同时又兼顾高的强度、导电导热性能和优异高温性能的合金。该合金材料主要用作汽车、手机、电工、电子、电力等行业中的连接器、传感器、引线框架、导电桥等材料，还可在制作继电器和接插件元件等中代替有毒的铍青铜。

铜基电子接插件材料作为特殊弹性材料，广泛用于仪器仪表、电子元件领域，随着各种装置向高可靠、小型化、长寿命方向的发展，对材料的质量、品种提出了更高的要求，例如对材料的精度、规格、抗应力松弛性能、抗冲击震动性能、可焊性等方面要求极其严格。目前接插件用铜合金主要有：黄铜、锡磷青铜、科森合金(Cu-Ni-Si)、铍青铜、钛青铜、锌白铜、铁磷青铜、铜铬锆合金。按性能可分为：高强合金、中强合金、低成本黄铜，其中低成本合金主要为H65简单黄铜，中高档弹性材料主要为析出强化型铜合金、调幅分解(spinodal)合金、固溶低温强化型铜合金。铜基合金材料主要用作汽车、手机、电工、电子、电力等行业中的连接器、传感器、引线框架、导电桥等材料，还可在制作继电器和接插件元件等中代替有毒的铍青铜。

近年来，随着电子信息、现代通讯、交通、电力等工业发展，对高强高弹等高性能铜合金提出了更多的要求，如：在室温和高温下保持高的导电、导热性，硬度好，具有良好的变形和加工能力等。以铜镍硅钴为主要元素的高性能弹性铜合金具有高强度、高弹性、高疲劳性、耐热性好，同时兼备了高导电性和抗应力松弛的优点成为了新一代的高强高弹铜合金。检索表明，美国专利No.6506269公开了具有控制添加量的镍、钴、硅和镁或磷两者之一的铜合金。该专利介绍采用高温方法或者低温方法处理铜合金。高温方法获得的性能达不到上述强度和导电性的目标组合。当采用高温方法处理时，据报道示例性合金的导电性为51.9％IACS，抗拉强度为709MPa；当采用低温方法处理时，示例性合金的导电性为51.5％IACS，抗拉强度为905MPa。但是，低温方法对铜合金实施过量的冷加工，预计会导致成型性变差和应力松弛抗力下降。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新型高性能弹性铜合金，该合金具有高强度、高弹性、高疲劳性、耐热性好，同时兼备了高导电性和抗应力松弛的优点，能适应现代电子元件对材料的要求。本发明还在熔炼过程中解决了铸锭吸气和缩孔等铸造缺陷，和铸锭在压力加工过程中易开裂不利于后续加工处理等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高性能弹性铜合金，按照质量百分比，其基础成分包括：Ni 1％～4％，Si0.4％～1％，Co 0.5％～1.5％，其余为Cu，所述铜合金制品中的成分需要满足：(a)2.5≤Ni/Si≤5；(b)1.4％≤Ni+Si≤4.0％；(c)1.5％≤Ni+Co≤4％；(d)1≤(Ni+Si)/Co≤5.0。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述铜合金中还包含选自Mg、Ag、Sn和RE中的至少一种微合金化附带元素，其含量为Mg 0.1％～0.3％，Ag 0.1％～1％，Sn 0.1％～1％，RE(稀土元素)0.01％～0.1％，总量应满足0.01％≤Mg+Ag+Sn+RE≤0.5％。

所添加元素的作用：

镍和钴：镍和钴与硅结合，形成对时效硬化有效的硅化合物，抑止晶粒长大和提高抗应力松弛能力。镍的含量应控制在1％～4％。当镍的含量低于1％时，上述益处不明显。当镍的含量超过4％时，电导率和加工性能下降。钴的含量应控制在0.5％～1.5％，当钴的含量低于0.5％时，不能充分析出钴的硅化物第二相粒子，所述益处也不明显。当钴的含量超过1.5％时，会导致析出钴的硅化物第二相粒子过多，影响合金的加工性能。

硅：在本发明中，硅和镍、钴会形成硅化物第二相强化粒子来提高合金的强度。硅的含量应控制在0.4％～1％。当硅含量低于0.4％时，合金经过时效后析出的硅化物第二相粒子过少，不能完全提高合金的强度。当硅含量高于1％时，会使合金的电导率和加工性能下降。