[发明专利]一种高强高塑双相协同析出型铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明提出一种高强高塑双相协同析出型Cu‑Fe‑C‑P系合金材料及其制备方法。通过成分优化、加工和热处理工艺调控，该系合金不仅可以充分利用超低温冷轧变形诱发Fe‑C相发生马氏体相变以及超细亚晶组织的出现，而使得所开发铜合金强度获得大幅提高，抗拉强度将近650MPa，而延伸率仍可达4.0%以上，明显优于传统的Cu‑Fe‑P系合金或可发生应变诱发马氏体相变的Cu‑Fe‑C系合金的性能。此外，超低温深冷轧态合金进一步经低温时效热处理还可诱发Fe‑C和Fe‑P双相协同析出，以及大量纳米晶的形成，进而可使合金具有更加优异的综合性能。本发明铜合金材料及其制备方法非常适合应用于电子信息等众多高新技术领域典型部件用高强高导铜合金材料的制造，特别是对强度、加工性能和塑性均有较好要求的复杂形状零部件的制造。

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高塑双相协同析出型铜合金材料及其制备方法，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要求越来越苛刻的现状而开发。

背景技术

先进高强导电铜合金已被广泛应用于机械制造、交通运输、电气和电子等工业领域中，随着电子信息产业的快速发展，先进铜合金的应用领域在不断扩大，但是对其的性能要求也越来越苛刻。以结构功能铜合金为例，除了对铜合金的强度和导电性的要求不断提高之外，近年来对其加工性能以及生产成本等也提出了新的更高要求。因此，研究人员除了继续优化原有合金体系以及加工工艺等从而实现提高合金综合性能的目的之外，还不断开展新合金体系的开发、加工和应用研究。以往以陶瓷粒子弥散强化铜合金由于强度和导电性较好，该合金备受关注和应用，但是由于该合金基体内的弥散粒子与铜基体协调变形能力相对较差，加工难度较大，再加上该类材料的制备工艺普遍较长(如内氧化法、粉末冶金方法等)，使得合金生产成本一直居高不下，这严重限制了其广泛应用。而沉淀强化型铜合金(如Cu-Fe-P，Cu-Ni-Si，Cu-Cr-Zr等)由于生产成本较低，目前仍然是众多高新技术领域，如集成电路引线框架材料领域等，使用量最大的材料之一。

Cu-Fe-X系合金作为沉淀强化型铜合金中研究最早的引线框架铜合金(尤其以Cu-Fe-P系合金为代表)，虽然其抗拉强度普遍偏低，但是其具有其它合金无法比拟的优点，如耐蚀性、钎焊性、耐疲劳性以及成本低廉等。近些年，为了更好调控Cu-Fe-X系合金强度和导电率间的相互匹配，研究人员已经针对合金体系的成分优化以及后续加工和热处理工艺优化等进行了大量相关研究，如利用形变原位复合工艺制备了不同浓度的Cu-Fe系合金，而且研究表明采用形变原位复合工艺制备的Cu-Fe系合金强度可以达到Cu-Nb系合金的相当数值，但是该系合金的导电率要比Cu-Nb系合金的大概低25-30％IACS。为此，多元合金化的研究思路不断为人们所接受，因为多元合金化一方面可以降低生产成本，另一方面还可进一步提高合金的强度和导电率，迄今为止，Cr、Co、Zr、Ni、Mg和Ag等元素已经被报道应用于Cu-Fe系合金内，尤其添加一定量的Ag可以有效提高合金的强度和导电率。此外，在时效强化型Cu-Fe-P体系的基础上也有大量研究，如通过添加少量的Ag，最终使得合金强度增加近100MPa，而导电率也可提高5％IACS。虽然添加元素Ag无论对于形变原位复合法制备的Cu-Fe系合金，还是传统时效强化型的Cu-Fe-P系合金，均可使合金综合性能获得一定提高，但是其生产成本却获得大幅提高，这同样不利用该系合金的广泛应用。

因此，非常有必要开发一种既不会增加合金的生产成本，又能兼具有优异综合性能的新型铜合金材料及其制备技术，从而更好满足高新技术领域对该类材料的迫切需求。此外，该新型铜合金材料的开发对于其它新型金属材料的开发也会产生重要启发和推动作用。

发明内容