[发明专利]一种提高Cu‑Fe‑C复相铜合金综合性能的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，涉及一种可工业化应用的高强度易加工新型复相铜合金材料的制备方法，特别针对大功率微波管、汽车焊接电极、集成电路引线框架、核技术、航空航天等众多高新技术领域对新型铜合金力学性能和加工性能的要求越来越苛刻的现状而开发。该制备方法可以保证新型复相铜合金兼具有高强度、高导电和优异的加工性能，而且处理方法非常有利于进一步降低新型复相铜合金的生产成本，使其大幅低于传统陶瓷粒子弥散强化铜合金的生产成本。

背景技术

铜及铜合金由于具有优异的导电导热性能，已在机械制造、交通运输、建筑、电气、电子等工业领域得到广泛应用，需求量也在逐年递增。但是随着经济的快速发展，除了用量在增加之外，对合金的综合性能要求也越来越苛刻。例如大规模集成电路引线框架要求材料的抗拉强度大于600MPa，电导率大于80％IACS；此外，很多领域还对合金的抗高温软化性能提出了特别的要求。为了满足不同领域对高强高导铜合金的性能要求，近些年开发了多种高强高导铜合金，其中最为典型并已实现工业化生产的是利用内氧化法制备Cu-Al₂O₃弥散强化铜合金，其强度可达600MPa以上，导电率也可在80％IACS以上，而且耐高温性能也很好。由于此类材料具有上述优异的综合性能，其应用领域不断扩大，而且需求量也在逐年递增。但是由于内氧化方法制备工艺复杂，生产成本高，使得该类材料不能得到更加广泛的应用。此外，该合金浓度不能设计太高，否则Cu-Al合金粉末在内氧化过程中会形成一壳层状组织，即所谓的外氧化，最终严重影响合金强度和导电率的提高。针对这些问题，国内外众多科技工作者探索开发了制备弥散强化铜合金的多种新型制备技术，如碳热还原法，喷射沉积法,原位或非原位机械合金化法,双束熔体原位反应法等。虽然已经取得较大进展，但是目前高性能和低成本仍然未能得到很好的解决。此外，除了制备弥散强化铜合金工艺本身的特点或者问题使得生产成本高之外，其加工难度大和高成本跟弥散强化铜合金本身的相组成有关。由于纳米陶瓷粒子能够显著阻碍位错和亚晶界运动，随着弥散粒子浓度增加，合金的强度显著增加，因此，普遍需要采用高温热挤压或者热锻加工，从而使得加工成本上升。而且最为关键的是，除了加工难度大之外，在高温加工过程中还很容易发生开裂或者产生微裂纹使得成品率降低，这一点即使低浓度合金也不例外。系统研究发现，发生开裂或出现微裂纹的主要原因是由于陶瓷粒子和Cu基体热膨胀系数差异较大，变形过程中如果存在一定的拉应力很容易导致裂纹的萌生和扩展。由于这一问题是由于材料本身的相组成所致，要想彻底解决只有设计新的强化相才可能实现。

除了弥散强化铜合金，沉淀强化型铜合金也是一类重要的高强高导铜合金，而且最近一些年相关的研究也取得较大进展，如Cu-X(Mg，Ag和Sn等)，Cu-Fe-P，Cu-Ni-Si和Cu-Cr-Zr系合金。但是大量研究表明，这些合金均存在一定的不足，如Cu-X系合金强度较低，Cu-Ni-Si合金导电率较低，Cu-Cr-Zr合金需真空熔炼、生产成本较高。相比而言，Cu-Fe-P系合金虽然生产成本较低，但是也存在强度以及硬态塑性较低(延伸率普遍仅为2％左右)，基体内残留的溶质元素Fe很难充分析出，而且后期析出速率很慢，等问题，最终使得合金强度和导电率大幅提高受限。

为了克服上述合金和技术的不足，申请者设计开发了新型的Cu-Fe-C复相合金(CN103952587A)，该合金的开发充分利用了Fe与C之间的强烈相互作用，而且形成的Fe-C相可以通过热处理或者应变能够诱发处于FCC结构的γ-Fe奥氏体向BCC结构的α-Fe或马氏体发生转变，最终使得合金可以表现出较好的综合性能。为了使得该新型复相合金综合性能获得更进一步提高，需要开发一种更好的加工和热处理工艺。这对于该新型复相铜合金的加工以及推广应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对目前已有的各种高强高导铜合金生产成本高以及加工性能不够好等问题，开发一种处理方法可使得新型复相铜合金兼具有高强度和高塑性等特性。该处理方法充分利用加工和热处理调控复相合金基体内的晶粒组织以及Fe-C相结构、尺寸、形态以及分布状态等来优化合金的综合性能。

该发明合金适合应用于众多技术领域，特别是对于高强高导、以及加工性能和生产成本均有一定要求的众多新技术领域和民用产品的生产和制造等行业，以及已经或者准备生产类似铜合金产品的生产厂家应用。