[發明專利]一種Cu-Ti-Ge-Ni-X銅合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911320746.X
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110885937B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王晨;田杰淮;劉德文;李尚錦;童長青;周建輝;楊海特
• 申請（專利權）人: 福州大學;福建紫金銅業有限公司;龍巖學院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/03;C22C1/02;C22F1/08;C22F1/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發明公開了一種Cu?Ti?Ge?Ni?X銅合金材料及其制備方法。該銅合金材料由Cu與0.77~1.28 wt%的Ti、2.15~3.22 wt%的Ge、0.1~0.3 wt%的Ni、0.02~0.1 wt%的X（X為C與稀土元素La、Y、Ce中的一種或幾種組成的混合物）組成，其制備方法包括合金熔鑄、均勻化處理、熱軋制、室溫軋制、回歸處理、時效處理的步驟。本發明所得銅合金材料成分中不含有毒元素，對人體和環境危害小，工藝簡單，生產周期短，所制得的銅合金材料硬度、強度、電導率和抗軟化等綜合性能優良，可用于制作各種電路用接觸器、引線框架、連接器等。

技術領域

本發明屬于銅合金材料技術領域，具體涉及一種Cu-Ti-Ge-Ni-X銅合金材料及其制備方法。

背景技術

當前的高新科技領域，特別是航空、航天、電力、電子行業，急需導電性高且具備優良綜合力學性能的銅合金材料。以現代電子信息技術的核心——集成電路為例，其是由IC芯片和引線框架經封裝而成。引線框架起到了支撐芯片、連接外部電路以及在工作時散熱等作用。隨著大規模、超大規模集成電路的不斷發展，對于引線框架的導電性能、力學性能、抗軟化性能等的要求也越來越高。

純銅的導電性能盡管很好（其室溫電導率為58.0MS/m），但純銅的硬度和強度太低，無法作為引線框架材料使用。銅合金的強化手段主要有固溶強化、析出相強化、形變強化、細晶強化。近年來，電力、電子行業用銅合金材料中，以析出相強化為主要強化手段的銅合金（如CuBe、CuNiSi、CuCrZr等）的使用量大大增加，逐漸代替CuZn、CuSnP等為代表的以固溶強化+形變強化為主要強化手段的銅合金材料。析出相強化型銅合金，是指以銅為基體元素，以固溶的方式在銅基體中加入一種或多種其它合金元素，形成過飽和固溶體，然后對過飽和固溶體進行時效處理，從銅基體中形成析出相顆粒，從而提高合金的硬度和強度。同時，由于銅基體中固溶元素的析出，合金的導電性得以提高。

目前，工業上常用的析出相強化型銅合金主要有CuBe合金、CuNiSi合金和CuCrZr合金。但是，它們依然存在各自的不足。對于CuBe合金而言，鈹元素及其化合物都有劇毒性，因此CuBe合金制備和加工過程中，若防護不到位，會嚴重危害工作人員健康和破壞環境。對于CuNiSi合金而言，為了確保Si元素能夠盡可能多地形成Ni-Si第二相析出，人們往往增大Ni元素的含量，但是由于Cu-Ni可以形成完全互溶的固溶體（根據Cu-Ni二元相圖可知），多余的Ni元素會殘留在Cu基體中，導致合金電導率的下降。對于CuCrZr合金而言，由于Cr和Zr在Cu基體中的固溶度有限（根據Cu-Cr相圖可知，Cr在Cu中1076℃時的最大固溶度為0.729wt%；根據Cu-Zr相圖可知，Zr在Cu中972 ℃時的最大固溶度為0.172 wt%），這一方面導致CuCrZr合金中Cr和Zr的有效添加量偏低，強度提高效果有限；另一方面，由于Cr和Zr在Cu中的最大固溶度對應的溫度較高，導致固溶處理時，所需溫度較高，能耗較大。

因此，針對以析出相強化為主要強化手段的銅合金材料，急需研究開發出新的銅合金成分和對應的制備工藝，以適應科技的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Cu-Ti-Ge-Ni-X銅合金材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種Cu-Ti-Ge-Ni-X銅合金材料，按質量百分數之和為100%計，其所含各組分的質量百分數為：0.77~1.28 %的Ti、2.15~3.22 %的Ge、0.1~0.3%的Ni、0.02~0.1%的X（其具體組成為0.02~0.10 %的La、Y、Ce中的一種或幾種，0.0004~0.0028 %的C），其余為Cu。

進一步地，(Ti+Ge)的質量百分數之和為3.0~4.5wt%，且Ti與Ge的質量比為0.34~0.40。

所述Cu-Ti-Ge-Ni-X銅合金材料的制備方法包括以下步驟：