[發明專利]一種Cu-Hf-Si-Ni-Ce銅合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011279283.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112359247B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王晨;張玉業;周建輝;童長青;楊海特;曾佳偉;蘇龍水
• 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;C22F1/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明公開了一種Cu?Hf?Si?Ni?Ce銅合金材料及其制備方法。該銅合金材料由Cu與0.75~1.15wt%的Hf、0.06~0.18wt%的Si、0.08~0.12wt%的Ni、0.05~0.10wt%的Ce組成。其制備方法包括合脈沖電場熔鑄、均勻化處理、熱軋制、室溫軋制、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，制備過程中也不產生有毒物質，對人體和環境危害小，所制得的銅合金材料硬度、強度、導電率和抗軟化等綜合性能優異，可以用來研制和生產高性能電子設備及各種電子元件、器件、儀器、儀表等。

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-Hf-Si-Ni-Ce銅合金材料及其制備方法。

背景技術

作為現代電子信息技術的核心，集成電路自從20世紀發明以來得到了飛速的發展。集成電路是由IC芯片和引線框架經封裝而成，其中引線框架起到了支撐芯片、連接外部電路以及在工作時協助散熱等作用。隨著大規模、超大規模集成電路的不斷發展，對于引線框架材料的導電性能、力學性能、抗軟化性能等提出了越來越高的要求。

純銅盡管有良好的導電性和導熱性，但是其硬度和強度較低，在電子器件越來越小型化和微型化的趨勢下，無法提供足夠的力學支撐。所以需要對純銅進行合金化處理，并輔以一定的制備工藝，以提高其力學性能。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，隨著以析出相強化為主要強化手段的銅合金（如CuNiAl、CuCrZr、CuFeP等）在電子信息產業得到廣泛應用，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，通過固溶的方式在銅基體中加入一種或多種其它合金元素，將合金在固溶線上進行高溫固溶處理，然后進行急速冷卻，使基體中的合金元素以固溶原子形式保留的基體中，成過飽和固溶體，然后對過飽和固溶體進行時效處理，從銅基體中析出納米尺度的沉淀相，這些沉淀相粒子硬度高、熱穩定性好、不易發生分解，阻礙位錯運動和晶界遷移，從而強化合金。固溶元素以沉淀相粒子的方式析出后，銅合金基體得到純化，導電率升高。

在銅合金的研究中，各種性能的彼此增減的矛盾一直是銅合金研究者面臨的一大難題。目前，工業上常用的析出相強化型銅合金主要有CuBe合金、CuFeP和CuNiSi合金。但是，它們依然存在各自的不足。對于CuBe合金而言，鈹及其化合物的粉塵、煙霧能引起人體很多器官的急性或慢性中毒，加工過程中

若是防護不到位，容易造成Be的揮發，造成嚴重事故。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，導致合金導電率的下降。CuFeP合金屬于低強度的導電合金，抗拉強度在400~600 MPa之間。而且P添加量的控制較為嚴格，若P添加量偏高，則形成的Fe₂P 析出顆粒在時效過程中容易粗化，導致合金的強度下降；若P添加量偏少，則無法與Fe形成足夠多的Fe₂P析出相，導致合金的導電率和強度都降低。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，以適應下游器件產業對新材料的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Cu-Hf-Si-Ni-Ce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-Hf-Si-Ni-Ce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：0.75~1.15wt%的Hf、0.06~0.18wt%的Si、0.08~0.12wt%的Ni、0.05~0.10wt%的Ce，其余為Cu。其中，Hf:Si的摩爾比為1~2:1。

所述Cu-Hf-Si-Ni-Ce銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：