[发明专利]一种高强、高导电、高延伸性稀土铜合金及其制备方法

说明书

技术领域  

本发明涉及一种铜基合金及其制备方法，尤其涉及一种高强、高导电、高延伸性稀土铜合金及其制备方法，属于铜合金材料技术领域。

背景技术

Cu-Cr-Zr系合金是一类应用较为广泛的高强度高导电性能合金，目前广泛应用于大规模集成电路用引线框架、电车及电力机车接触线、电极合金等领域。该类合金的主要特点是具有较高的电导率，但其强度普遍偏低。引线框架是半导体元器件和集成电路封装的主要材料，起到支撑芯片、传输信息和散热的作用，因此引线框架在集成电路器件和各组装过程中占有极重要的地位。目前主要的引线框架铜合金有Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si 、Cu-Cr-Zr等合金。随着电子工业的迅猛发展，对传统铜基电工材料的强度、电导率、焊接、蚀刻等性能的要求也越来越高，因此，迫切需要开发一种新型高强高导引线框架材料铜合金。 

中国专利2007年1月31日（公开号：CN 1905082A）公开的高强高导电铜-稀土合金材料及其制备工艺，其制备方法熔铸时直接添加纯金属Cr颗粒，其抗拉强度为470~510MPa，导电率为88~91%IACS，虽导电率较高，但是其强度较低。中国专利2003年5月14日（公告号：CN 1254554 C）公开的一种在传统Cu-Cr-Zr合金基础上添加微量合金元素La、Zn以及Fe（或Co）和Ti的铜合金，抗拉强度虽能达到608.2～641.4MPa，但其电导率仅为65～70%IACS，延伸率仅≥5%。中国专利2008年11月19日（公开号：CN 101733621 A）公开的Cu-Cr-Zr系合金板材的改性制备方法，该类合金在熔铸时加入Ni、Si、Ti等合金元素，该合金抗拉强度≥570MPa，但其延伸率不高为6~9%。日本在我国于2010年12月29日申请的专利（公开号：CN 101928864 A）涉及一种在维持导电率和应力缓和性同时保持强度和弯曲加工性优异的铜合金，其中Cr、Zr、Sn的含量分别为0.1～0.4%、0.02～0.2%、0.01～0.3%，导电率达80%IACS以上，但其强度偏低，仅为550MPa。日本在我国于2010年12月7日申请的专利（公开号：CN 102918172 A）公开的具有高强度和高传导性的铜合金及其制造方法，加入Cr、Si、Sn、Zn、Mg等合金元素，其导电率较高达到80%IACS以上，但是其强度与硬度偏低。 

发明内容

为解决现有技术中铜基合金综合性能较差的技术问题，本发明提供了一种具有理想的硬度、导电率、软化温度、抗拉强度和屈服强度的高性能稀土铜合金及其制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高强、高导电、高延伸性稀土铜合金，由以下重量百分比的组分组成：0.5～1.5%的铬，0.3～0.5%的锆，0.1～0.3%的镍，0.2～0.5%的钛，0.2～0.4%的锰，0.02～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铒、镧中的一种或两种。

所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铒和镧的重量比为1：1 ～ 1：3。 

一种高强、高导电、高延伸性稀土铜合金的制备方法，包括以下步骤： 

（1）制备中间合金：将铜、稀土元素放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10^-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼电流为400~500A，熔炼电压为20~40V，得到Cu-稀土中间合金，备用；

（2）熔炼、铸模：将铜、铬、锆、镍、钛、锰以及步骤（1）制得的Cu-稀土中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10^-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200～1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1100～1200℃；

（3）铸锻：将步骤（2）得到的铸锭加热至800～950℃，保温1～3小时，然后锻造加工形成棒材，锻造变形量60～80%，得到棒坯；

（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入热处理炉中，在850～950℃保温1～2小时，然后进行水淬；

（5）拉拔变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行拉拔变形，变形量为20～40%；

（6）时效处理和冷轧变形：将步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为350～500℃，保温2～10小时，之后进行冷轧变形，变形量为20～80%。