[发明专利]一种Cu-Ni-Si基合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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 0.5~1.2 %, 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。

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 0.5~1.2 %, V 0~0.3% 在真空感应炉中熔炼，待所有原料熔炼完毕后，在1200~1300 ℃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150~195mm，宽为50~60mm，高为30mm的长方形坯料；

II、变形处理：先将坯料在950~980oC下进行均匀化退火2~4h处理，随后坯料在950~980oC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1.5~3.0mm的薄板；