[發明專利]一種高彈性元件用銅鎳錫合金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210129297.6
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114507794A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 晏弘;陳冷;王銘;晏新利
• 申請（專利權）人: 無錫日月合金材料有限公司
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C1/02;C22F1/08;B23P15/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 馮智文

本發明公開了一種高彈性元件用銅鎳錫合金材料及其制備方法。本發明所述銅鎳錫合金材料，以質量百分比計，所述銅鎳錫合金材料的原料包括如下質量份數的組分：鎳8.0～9.3％，錫1.8～2.8％，其余為銅。本發明通過優化高彈性元件銅鎳錫合金的成分，結合制備工藝，提高合金冶金過程中鑄錠的潔凈化和成分的穩定性，控制板帶材尺寸精度等方面，彌補現有銅合金彈性和機械性能的不足，提高了合金的綜合性能。

技術領域

本發明涉及高彈性元件用合金材料的制備技術領域，特別涉及一種高彈性元件用銅鎳錫合金材料及其制備方法。

背景技術

高彈性銅合金廣泛應用在電子電工、通信導航、汽車工業和海洋工程等領域，是制造彈性元件和電子元器件的主要材料之一，主要包括各種載流彈性元件以及精密儀表彈性元件，如機器儀表、模具、溫度控制器、繼電器、汽車零配件等。

目前國內市場上銅基彈性合金以鈹青銅和錫磷青銅等材料為主。鈹青銅一般是在銅中加入(質量分數)0.2％～2.0％的Be元素，屬于時效強化型銅合金，具有高強度、硬度、耐磨、無磁性、導電導熱性能好和沖擊無火花等優異性能，被認為一種優質的彈性材料，可用于各種高級彈性元件和電子元件的制備。但是，Be元素在生產過程中對人體及環境有害，且合金性能對熱處理敏感；高溫抗應力松弛能力差，不宜長時間在較高溫度下工作；生產工藝復雜，成本較高，使其生產和應用受到了限制。錫磷青銅屬于應用最為廣泛的銅基彈性合金，但其彈性性能較低，耐疲勞性能差，僅應用于中低端彈性元件。近年來隨著工業的發展，人們對合金性能要求的不斷提高以及環保意識的增強，銅鎳錫系合金和銅鎳鋁系合金逐漸進入大眾視野，尤其是銅鎳錫系合金最吸引人們關注。銅鎳錫合金是一種新型的高彈性、耐疲勞性能優良的銅基彈性合金，在高端彈性元件和電子元器件領域得到廣泛應用。與鈹青銅相比，銅鎳錫合金生產成本低、無污染且具有較高的強度和硬度、良好的抗腐蝕性以及更加優良的機械加工性能等，并且該合金的使用溫度可達200～250℃，抗高溫應力松弛性遠大于鈹青銅，能滿足航空、航天、能源開采、智能成型等領域的需要。

銅鎳錫合金是一種典型的時效調幅分解強化型銅合金，其性能主要取決于鎳和錫合金元素含量。當錫的質量分數大于4％時，合金容易發生調幅分解，能顯著提高合金的強度和抗應力松弛性能，但是該合金系列原材料成本昂貴，生產過程中工藝的控制要求嚴格。當鎳和錫含量較少時，尤其錫質量分數小于4％時，銅鎳錫合金具有很高的加工硬化性能、良好的導電穩定性和抗應力松弛性能，但是該系列合金的力學性能還難以滿足超大規模集成電路的使用要求，其綜合機械性能有待提高。此外，普通家用墻壁插座或者插排，要求插拔次數≥5000次，插拔力：1.5N(min)，一般錫磷青銅即可滿足要求。對于人流量較大的戶外或者公共場所(如機場、高鐵站、高速列車、充電樁等)，對插座的使用頻率極高，要求插拔次數≥40000次，插拔力：1.5N(min)。錫磷青銅(QSn6.5-0.1)可滿足在插拔力≥1.5N時，插拔次數為18500～20000次，插拔30000次時出現裂紋；Cu-9.5Ni-2.3Sn合金可滿足在插拔力≥1.5N時，插拔次數為30000～31000次，插拔36000次時出現裂紋。因此無論錫磷青銅還是Cu-9.5Ni-2.3Sn合金均不能滿足戶外或者公共場所用插座的要求。因此需要對CuNiSn合金進行改性處理以提高合金的力學性能和耐疲勞性能，以滿足高頻次大電流的彈性元器件的使用要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高彈性元件用銅鎳錫合金材料及其制備方法。本發明通過優化高強高彈銅合金成分、提高合金冶金過程中鑄錠的潔凈化和成分的穩定性、高精度控制板帶材尺寸精度等方面，彌補現有銅合金彈性和機械性能的不足，從而提高合金的綜合性能。

本發明的技術方案如下：

一種高彈性元件用銅鎳錫合金材料，以質量百分比計，所述銅鎳錫合金材料的原料包括如下組分：鎳8.0～9.3％，錫1.8～2.8％，其余為銅。

進一步地，所述鎳為電解鎳，所述電解鎳中鎳含量≥99.96％；所述錫為電解錫，所述電解錫中錫含量≥99.96％；所述銅為電解銅，所述電解銅中銅含量≥99.96％。