[发明专利]一种含镍磷、镍硼相的铜合金材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜合金及其应用领域，具体涉及一种含镍磷、镍硼相的铜合金材料及其制备 方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展及新一代USBType-C接口的开发应用，汽车、电子及电气行业 需要一种屈服强度在600-800MPa、导电率在50-68％IACS，具有良好的抗应力松弛性能的铜 合金。

当前电动汽车充电桩用连接器工作电流最高已达到300A，现有的铜合金材料中，如 C17460等含铍元素的高传导铍铜可以满足上述要求，但其在加工过程中会产生剧毒的氧化 物，因而限制了该类合金的使用；C19200及其改进型合金、C18070、C18080、C18150、C18200 可以达到65-85％IACS的导电率，但其屈服强度很难超过600MPa，通过增大冷变形的方法 可以进一步提高材料的屈服强度，但会降低其抗应力松弛性能，在使用过程中会很快失效， 因而该类材料也达不到设计要求；典型的铜镍硅合金C70350的屈服强度可以超过900MPa， 但其导电性能只有50％IACS左右，在通入较大的电流时，电流产生的热效应会很大，导致 连接器的工作温度异常上升，最终也会使连接器失效，只能在一些工作电流稍低的场合下使 用。

新一代USBType-C连接器的工作电流最高达5A，当前USBType-C连接器的弹性材料 使用的是C70350，与之配对的材料必须选用导电率高于C70350的材料，C19200及其改进型 合金、C18070、C18080、C18150、C18200导电率虽较高，但其屈服强度很难超过600MPa， 达不到设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度在600-800MPa、导电率在50-68 ％IACS、具有良好的抗应力松弛性能的弹性铜合金，该合金无毒，满足环保要求，通过调整 工艺使得材料获得不同力学、导电性能组合。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种含镍磷、镍硼相的铜合金材料，该 铜合金材料的化学组成为：0.5-2.5wt％镍，0.1-0.4wt％磷，0.001-0.15wt％硼，余量为铜和不 可避免的杂质，该铜合金材料的微观组织含有镍磷金属间化合物和镍硼金属间化合物。

本发明铜合金材料通过一定工艺可以获得具有特定含量的镍磷金属间化合物和镍硼金属 间化合物，通过控制镍磷、镍硼金属间化合物的比例可以获得屈服强度在600-800MPa、导电 率在50-68％IACS、具有良好的抗应力松弛性能的弹性铜合金。

铜合金的力学性能强化机理一般有固溶强化、形变强化及沉淀强化等，在铜合金的生产 中往往是以上一种或几种机理的组合，其中固溶强化、形变强化在提升材料的力学性能同时 往往会不可避免地带来导电率下降的问题，且该类材料的抗应力松弛性能较差。沉淀强化可 以同时提升材料的导电率及力学性能，且具有良好的抗应力松弛性能。本发明在铜中同时添 加镍、磷、硼元素，经过一定的固溶时效工艺，加工后的铜基体中会沉淀出镍磷相和镍硼相， 镍磷相、镍硼相的析出可以显著提高材料的导电性能及力学性能，对时效后的材料进一步进 行一定加工率的冷加工可以在保证导电率的前提下进一步提高材料的力学性能，因此本发明 的材料能够达到所需性能的原理是：镍磷相、镍硼相析出强化+形变强化。

本发明添加的硼元素含量最高可达0.15wt％，经过加工后在铜合金中与镍反应生成镍硼 强化相，从而达到提升材料性能的目的。

本发明添加质量百分比为0.5-2.5wt％的镍，与磷、硼同时添加后可形成镍磷、镍硼金属 间化合物，有助于提高材料的力学性能及导电性能。当添加的镍含量小于0.5wt％时，材料虽 然具有较高的导电率但得不到理想的力学性能，限制了应用。当添加的镍含量超过2.5wt％ 时，因添加的磷、硼元素数量限制，镍时效时不能充分形成化合物析出，有一部分仍残余在 铜基体中，这会导致材料的导电性能降低。因此本发明的材料的镍含量为0.5-2.5wt％％，优 选为0.8-1.8wt％。