[发明专利]一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法，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。 

背景技术

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℃，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1000MPa)、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℃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℃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℃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-Ni-Al、Cu-Ni-Sn、Cu-Ti、“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(≥1000MPa)，而且在150℃下应力松弛率很低(小于10％)，因此它们在150℃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-Ni-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-Ni-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-Ni-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-Ni-Si合金，与许多铜合金相似，Cu-Ni-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1000MPa)。 

“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。(1)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：Ni：5.3～6.3wt％；Si：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℃～940℃氮气保护炉中均匀化处理3～5小时)；④热轧；⑤固溶处理(940℃～960℃)；⑥冷轧；⑦时效处理；⑧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℃～940℃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℃～960℃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。 

发明内容