铜合金及其制备方法

摘要

本发明涉及金属合金领域，尤其涉及Cu-Ni-Si系合金。一种铜合金的制备方法，包括：A）熔铸、B）热轧、C）铣面和D）冷轧和退火步骤。一种铜合金，所述铜合金的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；所述铜合金的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS。本发明的铜合金制备方法可以获得理想的引线框架用铜合金材料性能。

权利要求

1.一种铜合金的制备方法，包括：A）熔铸、B）热轧、C）铣面和D）冷轧和退火步骤；其中，A）熔铸步骤：

a1，配料熔炼：按照质量比例份数添加1.8～2.1%的镍和0.4～0.68%的硅，及余量的标准电解铜，进行熔炼，熔炼温度为1250～1280℃；

a2，化学分析：取样，充分搅拌后倒模成型，并进行光谱分析；

a3，铸造：铸造温度为1250～1280℃，并采用石墨内套结晶器进行第一次冷却和铜合金二次冷却装置进行第二次水冷，进行半连续铸造，铸造速度控制在3.8～4.0米/小时，其中第二次水冷的强度为普通铜合金水冷强度的80%；

B）热轧步骤:

一次固溶得到固溶体，加热温度为900～920℃，然后分多道次进行热轧，初轧温度是

900～920℃，终轧温度控制在800～850℃，最后一道次热轧后快速在线水冷，冷却速度不小于10℃/秒；

C）铣面步骤：

铣削除去表面氧化皮；

D）冷轧和退火步骤：

第一次冷轧总加工率是80%-90%，退火温度是460～500℃；

第二次冷轧总加工率是70%-75%，退火温度是350～400℃；

第三次冷轧总加工率是60%-65%，退火温度是260～300℃；

第四次冷轧总加工率是50%-55%，轧制后无需退火；

上述的冷轧总加工率定义为轧制前后片材厚度差与轧制前铜带厚度的百分比值。

2.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述A）熔铸步骤的熔炼是采用工频有芯感应炉。

3.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述A）熔铸步骤的配料添加时机是：熔炼温度升至最高温时添加镍，出炉前30分钟添加硅；木炭覆盖厚度控制在

150～200mm。

4.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述B）热轧步骤的热轧是分五道次进行，热轧加工率分别为：18%、22%、23%、20%、15%；其中，热轧加工率定义为每道次入口厚度和出口厚度差与入口厚度的百分比值。

5.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述B）热轧步骤的热轧是采用两辊可逆热轧机进行。

6.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述C）铣面步骤的铣削是采用双面铣削设备进行，上下铣削厚度控制在0.8～1.0mm。

7.根据权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：所述D）冷轧和退火步骤中的每道次处理后都进行酸洗。

说明书

铜合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属合金领域，尤其涉及Cu-Ni-Si系合金。

背景技术

[0002] 随着电子芯片的高速发展，对芯片的引线框架所用铜合金材料的抗拉强度和硬度等性能要求越来越高，目前所希望的理想的引线框架用铜合金的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180（维氏硬度值，无单位）。

[0003] 目前，国内用于引线框架的主要材料为Cu-Fe-P系合金（C19400,C19210）和Cu-Ni-Si系合金（C7025）。现有引线框架用铜合金存在的问题是：1、现有的Cu-Fe-P系合金产品（C19400,C19210）的抗拉强度为420～500MPa，达不到高档次引线框架的技术要求。2、部分合金冲压时材料延伸较低，塑性差，不易成型，存在冲压时开裂和残余应力大的风险。3、冲压时模具承受的负荷大，易损坏模具。4、现有的Cu-Ni-Si系合金（C7025）因镍含量较高，熔铸热轧生产难度较大，良品率较低，且材料成本过高。

发明内容

[0004] 因此，本发明的目的在于提供铜合金及其制备方法，以满足理想的引线框架用铜合金的特性需求。

[0005] 一种铜合金的制备方法，包括：A）熔铸、B）热轧、C）铣面和D）冷轧和退火步骤；其中，

[0006] A）熔铸步骤：

[0007] a1，配料熔炼：按照质量比例份数添加1.8～2.1%的镍和0.4～0.68%的硅，及余量的标准电解铜，进行熔炼，熔炼温度为1250～1280℃；

[0008] a2，化学分析：取样，充分搅拌后倒模成型，并进行光谱分析；

[0009] a3，铸造：铸造温度为1250～1280℃，并采用石墨内套结晶器进行第一次冷却和铜合金二次冷却装置进行第二次水冷，进行半连续铸造，铸造速度控制在3.8～4.0米/小时，其中第二次水冷的强度为普通铜合金水冷强度的80%；

[0010] B）热轧步骤:

[0011] 一次固溶得到固溶体，加热温度为900～920℃，然后分多道次进行热轧，初轧温度是900～920℃，终轧温度控制在800～850℃，最后一道次热轧后快速在线水冷，冷却速度不小于10℃/秒；

[0012] C）铣面步骤：

[0013] 铣削除去表面氧化皮；

[0014] D）冷轧和退火步骤：

[0015] 第一次冷轧总加工率是80%-90%，退火温度是460～500℃；

[0016] 第二次冷轧总加工率是70%-75%，退火温度是350～400℃；

[0017] 第三次冷轧总加工率是60%-65%，退火温度是260～300℃；

[0018] 第四次冷轧总加工率是50%-55%，轧制后无需退火；

[0019] 上述的冷轧总加工率定义为轧制前后铜带厚度差与轧制前铜带厚度的百分比值。

[0020] 进一步的，所述A）熔铸步骤的熔炼是采用工频有芯感应炉。

[0021] 进一步的，所述A）熔铸步骤的配料添加时机是：熔炼温度升至最高温时添加镍，出炉前30分钟添加硅；木炭覆盖厚度控制在150～200mm。

[0022] 进一步的，所述B）热轧步骤的热轧是分五道次进行，热轧加工率分别为：18%、22%、23%、20%、15%；其中，热轧加工率定义为每道次入口厚度和出口厚度差与入口厚度的百分比值。

[0023] 进一步的，所述B）热轧步骤的热轧是采用两辊可逆热轧机进行。

[0024] 进一步的，所述B）铣面步骤的铣削是采用双面铣削设备进行，上下铣削厚度控制在0.8～1.0mm。

[0025] 进一步的，所述D）四次冷轧和退火步骤中的每道次处理后都进行酸洗。

[0026] 一种经上述的制备方法所制备的铜合金，所述铜合金的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；所述铜合金的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS。

[0027] 本发明的铜合金制备方法在配料中主要通过降低Ni、Si化学成分，而降低材料成本，通过熔铸工艺改善，提高熔铸质量，减少产品气孔疏松等缺陷，生产工艺采用多次退火工序，消除加工硬化，从而获得理想的引线框架用铜合金材料性能。

具体实施方式

[0028] 现结合具体实施方式对本发明进一步说明。该实施例中除必要步骤、工序外，还根据生产制备更佳的引线框架用铜合金而进行额外步骤、工序，其并不作为实施该实施例的必要性步骤工序。同时，该实施例以一生产制备一种尺寸规格的引线框架用铜合金片材，所涉及的尺寸为距离说明之用。实际实施本发明的技术人员可以根据具体尺寸和利用本发明所揭示的加工率而换算成相应的具体尺寸进行加工。

[0029] 一种铜合金的制备方法的实施例，包括：A）熔铸、B）热轧、C）铣面和D）四道次冷轧和退火步骤。其中：

[0030] A）熔铸步骤：

[0031] a1，配料熔炼：按照质量比例份数添加1.8～2.1%的镍（Ni）和0.4～0.68%的硅（Si），及余量的标准电解铜（纯度很高的铜）（Cu），进行熔炼，熔炼温度为1250～1280℃。优选的，我们根据主添加元素熔点及氧化消耗的特性，在炉型选择上采用工频有芯感应炉进行熔炼，同时确定主添加元素的添加时机，因镍元素的熔点高，故选择熔炼温度升至最高温时加镍，因硅元素易氧化消耗的特性，故出炉前30分钟加硅，同时控制表面的木炭覆盖厚度150～200mm，以阻止高温熔液向外扩散蒸发，也可防止氧向内扩散；

[0032] a2，化学分析：从熔炉内取样，充分搅拌后，用坩埚取出高温铜水倒入石墨模以冷却成型，冷却成型后车去底部氧化层，并通过光谱分析仪进行光谱分析，使用标样为标准铜镍二硅标样。需要说明的是，由于实际生产中，不可避免的会引入铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、镉（Cd）和铅（Pb）等常见杂质成分和其他杂质成分，只要符合下表所列成分表即为合格；

[0033] 表1：化学成分（质量%）

[0034]Cu Ni Si Fe Mn Zn Cd Pb 其余杂质
余量 1.8～2.1 0.4～0.68 ≤0.2≤0.1≤0.2≤0.005 ≤0.02 ≤0.3

[0035] a3，铸造：铸造温度为1250～1280℃，并采用石墨内套结晶器进行第一次冷却和铜合金二次冷却装置进行第二次水冷，进行半连续铸造，其中第二次水冷的强度为普通铜合金水冷强度的80%，该实施例中我们铸造的铸锭规格为150×300×6000（单位：mm），铸造速度控制在3.8～4.0米/小时，两次冷却实现红锭铸造，降低了铸锭内应力，得到致密均匀的铸造组织；

[0036] B）热轧步骤:

[0037] 一次固溶得到均匀一致的固溶体，固溶的加热温度为900～920℃，优选采用煤气连续加热炉进行，优选的，升温时间3小时，保温时间3小时；然后分多道次进行热轧，初轧温度是900～920℃，终轧温度控制在800～850℃，最后一道次热轧后快速在线水冷，冷却速度不小于10℃/秒。这里优选采用两辊可逆热轧机，热轧轨道上下安装在线冷却装置进行该步骤的加工处理，经过多道次进行热轧后，高温快速冷却即可。热轧的道次根据具体加工尺寸而定。该实施例中我们根据上述的规格为150×300×6000（单位：mm）的铸锭的厚度为150mm，而分五道次进行可逆轧制，热轧加工率（热轧加工率定义为每道次入口厚度和出口厚度差与入口厚度的百分比值）分别为：18%、22%、23%、20%、15%；即按照以下厚度值变化进行：150mm->110mm->60mm->32mm->19mm->16mm。最后一道次轧制16mm的厚度，铜合金片材出轧辊后，温度仍达到800～850℃的高温，打开在线冷却装置，带坯直接在线水冷，冷却速度不小于10℃/S的冷却速度，实现高温下的快速冷却。根据生产引线框架用铜合金片材需要，冷却后还直接进行空心打卷；

[0038] C）铣面步骤：

[0039] 铣削除去表面氧化皮；优选的，铣削是采用双面铣削设备进行，上下铣削厚度控制在0.8～1.0mm，不得残余氧化皮和明显的刀痕；则实施例中经热轧处理后的引线框架用铜＋0.5合金片材厚度是16mm，则铣削后厚度为14 mm；

[0040] D）四次冷轧和退火步骤：

[0041] 第一次冷轧总加工率（冷轧总加工率定义为轧制前后片材厚度差与轧制前铜带厚＋0.5度的百分比值，下同）是80%-90%，退火温度是460～500℃；实施例中是将14 mm厚的引线框架用铜合金片材（一般为铜带）经过第一道次的粗轧轧制至厚度为1.8～2.2mm，最佳的，为2mm；退火条件按照一般工艺进行即可，不过优选的，退火是升温3～5小时，保温6～
8小时的退火条件时铜合金的特性会更佳。优选的，退火完还经过常规酸洗，以除去氧化层。

[0042] 第二次冷轧加工率是70%-75%，退火温度是350～400℃；实施例中是将粗轧后的1.8～2.2mm厚的引线框架用铜合金片材经过第二道次的再轧轧制至厚度为0.6～0.8m，最佳的，为0.7mm；退火条件按照一般工艺进行即可，不过优选的，退火是升温3～5小时，保温6～8小时的退火条件时铜合金的特性会更佳。优选的，退火完还经过常规酸洗，以除去氧化层。优选的，根据生产引线框架用铜合金片材需要，第二道次的再轧后还进行裁边后再退火。

[0043] 第三次冷轧加工率是60%-65%，退火温度是260～300℃；实施例中是将再轧后