[發明專利]一種高強度變形Cu－Sn合金的制備方法

無效

• 申請號: 200710010242.9
• 申請日: 2007-01-31
• 公開（公告）號: CN101235445A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 王曉峰;趙九洲;何杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: C22C1/00;C22F1/08;C22C9/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及高Sn含量變形Cu-Sn合金加工技術，具體為一種高強度變形Cu-Sn合金的制備方法。

背景技術

錫青銅是歷史上最古老的一種銅合金，廣泛用于機器制造業和飛機制造業，用以制造受力、抗腐蝕零件以及制造彈性元件和耐摩擦零件等。近年來，Cu-Sn合金以低的電阻率、高的電遷移壽命和連接可靠性等優點，在大規模集成電路和芯片的互連接領域有著極大的應用潛力。在鑄造狀態下，隨著含錫量的增加，Cu-Sn合金強度升高，塑性也略有增加；但當錫含量達到5～6wt.％時，由于組織出現δ相(以化合物Cu₃₁Sn₈為基的固溶體)，其塑性急劇下降；含錫量達20wt.％以后，晶界偏析嚴重，合金的強度、塑性極差，所以工業用錫青銅的含錫量一般在3～14wt.％。其中壓力加工錫青銅含錫量小于8wt.％，宜冷熱壓力加工成板、帶、棒、管等型材，經加工硬化后，其抗拉強度、硬度上升、而塑性下降。退火后可在保持較高抗拉強度的同時改善塑性，適于儀表上要求耐蝕及耐磨件、彈性件、抗磁件及機器中滑動軸承、軸套等。隨著現代工業的發展，采用傳統工藝制備的Cu-Sn合金的強度性能指標已經不能滿足目前彈性元件的要求，因此制備高性能變形Cu-Sn合金成為目前該材料研究領域一個新的熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強度變形Cu-Sn合金的制備方法，解決高Sn含量變形Cu-Sn合金冷熱加工較為困難、產品的成材率低等問題。采用本工藝制備的變形Cu-Sn合金具有較高的強度和良好的塑性、韌性，可用于各種高強度變形Cu-Sn合金的制備。

本發明的技術方案是：

一種高Sn含量變形Cu-Sn合金的制備方法，采用噴射成形加沉積坯軋制處理工藝制備高強度變形Cu-Sn合金，采用噴射成形技術制備高Sn含量變形Cu-Sn合金錠坯，然后，對沉積態鎂合金錠坯直接進行冷軋處理。

所述的高強度變形Cu-Sn合金的制備方法，具體工藝參數如下：

采用噴射成形工藝制備具有單相α-Cu組織的變形Cu-Sn合金。Sn含量在10～14.5wt.％之間。

初扎道次變形量在10～15％，總的變形量達到30～50％；然后在580～620℃進行再結晶退火處理，處理時間為20～40min，水冷。然后進行終軋處理，道次變形量15～20％之間，總的變形量為50～90％。

本發明的優點及有益效果如下：

1、在平衡狀態下，Sn在銅中最大的固溶度為13.5wt.％，而通常變形Cu-Sn合金的Sn含量低于8wt.％，遠沒有達到該合金的固溶度極限。因此，對于固溶體型Cu-Sn合金，增加Sn含量，可以提高合金強度。然而由于Cu-Sn二元合金銅側的凝固溫度范圍很寬，將近200K，如果采用傳統鑄造工藝，隨著合金中Sn含量的增加，偏析嚴重，基體中δ相的數量急劇增多，不利于合金直接進行冷熱變形處理。Cu-Sn合金中的α相是以銅為基的固溶體，面心立方結構，具有良好的塑性變形能力，單相α錫青銅，可以通過冷熱加工提高力學性能。因此，如何獲得單相α錫青銅是制備高強Cu-Sn合金的又一關鍵。本發明設計了一個全新的高強度變形Cu-Sn合金制備工藝，在該方法中，采用噴射成形技術可以制備大尺寸具有快速凝固組織特征的坯錠(單相α錫青銅)，是后續塑性加工過程得以順利進行并制備高性能深加工制品的基礎。軋制過程中形變量的選擇為合金材料力學性能的調節提供了可能。在采用噴射成形加沉積坯軋制處理工藝制備高強度變形Cu-Sn合金，制備的鎂合金晶粒細小，組織均勻，具有較高的強度(＞800MPa)同時，具有較低的彈性模量(＜95GPa)，這在金屬材料領域是獨一無二的。有理由相信噴射成形加沉積坯軋制工藝作為一種高強度變形Cu-Sn合金制備技術，將會在彈性元件領域有著廣泛的應用前景。

2、本發明采用噴射成形工藝制備高質量的高Sn含量變形Cu-Sn合金錠坯，合金制備過程中徹底解決了由于Sn含量的增加而導致合金中δ相的增多，偏析嚴重，合金冷熱塑性變形能力降低的問題。

3、本發明對高Sn變形Cu-Sn合金的軋制可以在室溫下進行，初軋道次變形量在10～15％，總的變形量達到30～50％；然后在580～620℃進行再結晶退火處理，處理時間為20～40min，水冷。然后進行終軋處理，道次變形量15～20％之間，總的變形量為50～90％。通過上述的參數設計，測試表明所獲得的高Sn含量變形Cu-Sn合金板材具有良好的力學性能。