一种Cu-Hf-Si-Ni-Ce铜合金材料及其制备方法转让专利

申请号 : CN202011279283.X

文献号 : CN112359247B

文献日 :

基本信息:

PDF:

法律信息:

相似专利:

发明人 : 王晨张玉业周建辉童长青杨海特曾佳伟苏龙水

申请人 : 福州大学福建紫金铜业有限公司龙岩学院

摘要 :

本发明公开了一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料及其制备方法。该铜合金材料由Cu与0.75~1.15wt%的Hf、0.06~0.18wt%的Si、0.08~0.12wt%的Ni、0.05~0.10wt%的Ce组成。其制备方法包括合脉冲电场熔铸、均匀化处理、热轧制、室温轧制、时效处理的步骤。本发明所得铜合金材料成分中不含有毒元素,制备过程中也不产生有毒物质,对人体和环境危害小,所制得的铜合金材料硬度、强度、导电率和抗软化等综合性能优异,可以用来研制和生产高性能电子设备及各种电子元件、器件、仪器、仪表等。

权利要求 :

1.一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料的制备方法,其特征在于,所述Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料,按质量百分数之和为100%计,其所含各组分的质量百分数为:0.75 1.15wt%的~

Hf、0.06 0.18wt%的Si、0.08 0.12wt%的Ni、0.05 0.10wt%的Ce,其余为Cu;Hf:Si的摩尔比~ ~ ~

为1 2:1;

~

所述的Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料的制备方法,包括以下步骤:(1)合金熔铸:将原材料放入带有脉冲电场装置的感应炉中,在纯氩气保护下熔炼,待原材料完全熔化后,保温10分钟,然后将脉冲电场的电极插入熔体中,进行熔体脉冲电场处2

理,脉冲电场处理时间30 180s,脉冲频率5 30Hz,脉冲电流密度5 20A/mm,脉冲宽度为50~ ~ ~ ~

200μs,脉冲电场处理后,将合金熔液浇铸到模具中并冷却到室温,得到合金铸锭;

(2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为900℃ 980℃,保温时间为1 2小时,然后随炉冷却至室温;

~ ~

(3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至880℃ 960℃进行热轧制,热轧总变形量为~

60% 80%,终轧温度为800℃ 910℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;

~ ~

(4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,轧制总变形量为70% 90%;

~

(5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行一次时效处理,时效温度为430 530℃,时效时间为2 5小时,然后以风冷的方式冷却至~ ~

室温;

(6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,轧制总变形量为30% 50%;

~

(7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为380℃ 450℃,时效时间为5 30分钟,然后以风冷的方式冷~ ~

却至室温,得到所述铜合金材料。

2. 根据权利要求1所述的Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)所用原材料为纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块, 含25wt%Ce的Cu‑Ce中间合金。

3.根据权利要求1所述的Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料的制备方法,其特征在于,纯氩气中Ar的体积分数≥99.99%。

说明书 :

一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于铜合金材料技术领域,具体涉及一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 作为现代电子信息技术的核心,集成电路自从20世纪发明以来得到了飞速的发展。集成电路是由IC芯片和引线框架经封装而成,其中引线框架起到了支撑芯片、连接外部
电路以及在工作时协助散热等作用。随着大规模、超大规模集成电路的不断发展,对于引线
框架材料的导电性能、力学性能、抗软化性能等提出了越来越高的要求。
[0003] 纯铜尽管有良好的导电性和导热性,但是其硬度和强度较低,在电子器件越来越小型化和微型化的趋势下,无法提供足够的力学支撑。所以需要对纯铜进行合金化处理,并
辅以一定的制备工艺,以提高其力学性能。铜合金的强化手段主要有固溶强化、析出相强
化、形变强化、细晶强化。近年来,随着以析出相强化为主要强化手段的铜合金(如CuNiAl、
CuCrZr、CuFeP等)在电子信息产业得到广泛应用,逐渐代替CuZn、CuSnP等为代表的以固溶
强化+形变强化为主要强化手段的铜合金材料。析出相强化型铜合金,是指以铜为基体元
素,通过固溶的方式在铜基体中加入一种或多种其它合金元素,将合金在固溶线上进行高
温固溶处理,然后进行急速冷却,使基体中的合金元素以固溶原子形式保留的基体中,成过
饱和固溶体,然后对过饱和固溶体进行时效处理,从铜基体中析出纳米尺度的沉淀相,这些
沉淀相粒子硬度高、热稳定性好、不易发生分解,阻碍位错运动和晶界迁移,从而强化合金。
固溶元素以沉淀相粒子的方式析出后,铜合金基体得到纯化,导电率升高。
[0004] 在铜合金的研究中,各种性能的彼此增减的矛盾一直是铜合金研究者面临的一大难题。目前,工业上常用的析出相强化型铜合金主要有CuBe合金、CuFeP和CuNiSi合金。但
是,它们依然存在各自的不足。对于CuBe合金而言,铍及其化合物的粉尘、烟雾能引起人体
很多器官的急性或慢性中毒,加工过程中
[0005] 若是防护不到位,容易造成Be的挥发,造成严重事故。对于CuNiSi合金而言,为了确保Si元素能够尽可能多地形成Ni‑Si第二相析出,人们往往增大Ni元素的含量,但是由于
Cu‑Ni可以形成完全互溶的固溶体(根据Cu‑Ni二元相图可知),多余的Ni元素会残留在Cu基
体中,导致合金导电率的下降。CuFeP合金属于低强度的导电合金,抗拉强度在400 600 MPa
~
之间。而且P添加量的控制较为严格,若P添加量偏高,则形成的Fe2P 析出颗粒在时效过程
中容易粗化,导致合金的强度下降;若P添加量偏少,则无法与Fe形成足够多的Fe2P析出相,
导致合金的导电率和强度都降低。因此,针对以析出相强化为主要强化手段的铜合金材料,
急需研究开发出新的铜合金成分和对应的制备工艺,以适应下游器件产业对新材料的需
求。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料及其制备方法。
[0007] 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0008] 一种Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料,按质量百分数之和为100%计,其所含各组分的质量百分数为:0.75 1.15wt%的Hf、0.06 0.18wt%的Si、0.08 0.12wt%的Ni、0.05 0.10wt%
~ ~ ~ ~
的Ce,其余为Cu。其中,Hf:Si的摩尔比为1 2:1。
~
[0009] 所述Cu‑Hf‑Si‑Ni‑Ce铜合金材料的制备方法,包括以下步骤:
[0010] (1)合金熔铸:将原材料放入带有脉冲电场装置的感应炉中,在纯氩气保护下熔炼,待原材料完全熔化后,保温10分钟,然后将脉冲电场的电极插入熔体中,进行熔体脉冲
2
电场处理,脉冲电场处理时间30 180s,脉冲频率5‑30Hz,脉冲电流密度5 20A/mm ,脉冲宽
~ ~
度为50 200μs,脉冲电场处理后,将合金熔液浇铸到模具中并冷却到室温,得到合金铸锭;
~
[0011] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为900℃ 980℃,保温时间为1 2小时,然后随炉冷却至室温;
~ ~
[0012] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至880℃ 960℃进行热轧制,热轧总变形~
量为60% 80%,终轧温度为800℃ 910℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
~ ~
[0013] (4)一次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,轧制总变形量为70% 90%;
~
[0014] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行一次时效处理,时效温度为430 530℃,时效时间为2 5小时,然后以风冷的方式冷
~ ~
却至室温;
[0015] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,轧制总变形量为30% 50%;
~
[0016] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为380℃ 450℃,时效时间为5 30分钟,然后以风冷的方
~ ~
式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0017] 步骤(1)所用原材料为纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce的Cu‑Ce中间合金。纯氩气中Ar的体积分数≥99.99%。
[0018] 本发明的优点在于:
[0019] (1)本发明在合金成分中以Cu、Hf、Si为主要元素,根据Miedema理论计算可知,Hf‑Si之间的混合焓大于Cu‑Hf和Cu‑Si。所以,该铜合金材料在时效过程中能够形成大量细小、
弥散分布的Hf‑Si析出相,同时减少固溶于Cu基体中的Hf和Si含量,有利于提高材料的导电
率。当Hf:Si摩尔比为1~2:1时,在本合金成分中可形成的Hf‑Si析出相有HfSi、Hf2Si、Hf5Si4
和Hf3Si2。
[0020] (2)本发明在合金成分中加入了Ni元素,Ni‑Hf和Ni‑Si之间的混合焓大于Cu‑Ni。所以,它可以在铜合金中形成Ni‑Hf以及Ni‑Si析出相,促进Hf和Si元素从铜基体中析出,既
有利于进一步提高铜合金的力学性能,也有利于提高导电性能。
[0021] (3)本发明在合金成分中加入了稀土元素Ce,起到了去除合金熔液中有害杂质(氧、硫、铅等)的作用,同时还可以细化铸锭组织,减少热轧开裂现象。
[0022] (4)本发明对合金熔体采用脉冲电场处理,脉冲电场在熔体中可产生电磁力和焦耳热效应。电磁力既可以在合金熔体中产生宏观搅拌作用,同时由于熔体中的Cu、Hf、Si、
Ni、Ce元素的原子半径和带电状态有所不同,其所受到的电磁力也随之不同,所以还可以在
微观上促进元素的均匀分布。熔体中往往会由于局部成分过冷或杂质的存在导致出现不均
匀析出,这些先析出的晶粒在后续的凝固过程中会生成粗大的树枝晶,不利于铸锭热轧。而
焦耳热可以有效地将先析出的晶粒回溶到熔体中,抑制不均匀析出,使晶粒能够均匀地形
核和长大。脉冲电场的参数必须与本发明的合金熔体相适应,才能产生合适的电磁力和焦
耳热效应,使铸锭的晶粒细小,成分均匀,减少杂质元素在晶界的偏聚,减少热轧开裂现象。
否则,电磁力太小对熔体的搅拌作用不强,电磁力太大会产生熔体飞溅现象(容易导致设备
损坏和人员危险);焦耳热太小,抑制不均匀析出的效果差,焦耳热太大,容易出现熔体过热
现象不利于后续的浇铸,而且容易产生Hf、Si、Ni、Ce元素的过量挥发。
[0023] (5)本发明的材料成分中不含有毒元素,对人体和环境危害小,且所得铜合金材料具有优良的综合力学性能和导电性能(硬度为205 240HV,屈服强度为585 690MPa,抗拉强
~ ~
度为656 775MPa,断后伸长率为15 25%,软化温度为500 570℃,导电率为80 85%IACS)。
~ ~ ~ ~

附图说明

[0024] 图1为实施例1所得铜合金材料的金相组织图;
[0025] 图2为实施例1所得铜合金材料的扫描电镜图;
[0026] 图3为实施例1所得铜合金材料的透射电镜图;
[0027] 图4为对比例1所得铜合金材料的金相组织图;
[0028] 图5为对比例2所得铜合金材料的扫描电镜图。

具体实施方式

[0029] 下面结合实施例对本发明做进一步的阐述,但不是对本发明的限定。本发明相关的主要测试方法及标准:按照GB/T4340.1‑2009《金属材料维氏硬度试验 第1部分:试验方
法》测定铜合金材料的硬度;按照GB/T34505‑2017《铜及铜合金材料 室温拉伸试验方法》测
定铜合金材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率;按照GB/T 33370‑2016《铜及铜合金软
化温度的测定方法》测定铜合金材料的软化温度;按照GB/T351‑2019《金属材料电阻率测量
方法》测定铜合金材料的导电率,并将其数值与国际退火铜标准(100%  IACS,
International Annealed Copper Standard)进行对比。
[0030] 实施例1
[0031] 合金成分的质量百分数为:0.80wt%的Hf、0.09wt%的Si、0.09wt%的Ni、0.06wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.40:1。
[0032] 其制备方法为:
[0033] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间150s,脉冲频率8Hz,脉冲
2
电流密度7A/mm ,脉冲宽度100μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0034] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为900℃,保温时间为1小时,然后随炉冷却至室温;
[0035] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至890℃进行热轧制,热轧总变形量为70%,终轧温度为810℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0036] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为80%,轧制后样品厚度为1.4mm;
[0037] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为440℃,时效时间为2小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0038] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为45%,轧制后样品厚度为0.71 mm;
[0039] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为400℃,保温时间为15分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0040] 经检测,所得铜合金材料的硬度为234HV,屈服强度为682MPa,抗拉强度为750Pa,断后伸长率为20%,软化温度为550℃,导电率为81% IACS。
[0041] 图1为实施例1最终成品的金相组织图,从图中可以看出,其晶粒细小,晶粒尺寸≤8μm,平均晶粒直径约为5μm。
[0042] 图2为实施例1的扫描电镜图片,可以观察到细小均匀的球状析出相,弥散分布在铜基体中,大部分析出相的尺寸为5 25nm;图3为实施例1的透射电镜图片,可以观察到很多
~
细小弥散的球状和少量棒状的析出相粒子,析出相的尺寸为3 15nm。析出相颗粒的尺寸跨
~
度从3nm到25nm,根据位错和析出相颗粒之间的切割机制和绕过机制,析出相尺寸在一定范
围内分布,可以起到一定的复合强化作用。
[0043] 实施例2
[0044] 合金成分的质量百分数为:0.90wt%的Hf、0.10wt%的Si、0.095wt%的Ni、0.08wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.42:1。
[0045] 其制备方法为:
[0046] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间90s,脉冲频率9Hz,脉冲电
2
流密度10A/mm ,脉冲宽度70μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合金
铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce的
Cu‑Ce中间合金;
[0047] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为960℃,保温时间为1小时,然后随炉冷却至室温;
[0048] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至900℃进行热轧制,热轧总变形量为65%,终轧温度为820℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0049] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为75%,轧制后样品厚度为2.08mm;
[0050] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为450℃,时效时间为3小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0051] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为40%,轧制后样品厚度为1.17mm;
[0052] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为410℃,保温时间为10分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0053] 经检测,所得铜合金材料的硬度为205HV,屈服强度为585MPa,抗拉强度为656MPa,断后伸长率为25%,软化温度为500℃,导电率为85% IACS。
[0054] 实施例3
[0055] 合金成分的质量百分数为:0.75wt%的Hf、0.06wt%的Si、0.08wt%的Ni、0.05wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.97:1。
[0056] 其制备方法为:
[0057] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间30s,脉冲频率5Hz,脉冲电
2
流密度5A/mm ,脉冲宽度50μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合金铸
锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce的Cu‑
Ce中间合金;
[0058] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为900℃,保温时间为1小时,然后随炉冷却至室温;
[0059] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至880℃进行热轧制,热轧总变形量为60%,终轧温度为800℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0060] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为70%,轧制后样品厚度为2.9mm;
[0061] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为430℃,时效时间为2小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0062] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为30%,轧制后样品厚度为1.94mm;
[0063] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为380℃,保温时间为5分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0064] 经检测,所得铜合金材料的硬度为240HV,屈服强度为690MPa,抗拉强度为775MPa,断后伸长率为15%,软化温度为570℃,导电率为80% IACS。
[0065] 实施例4
[0066] 合金的质量分数为:1.00wt%的Hf、0.12wt%的Si、0.10wt%的Ni、0.09 wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.31:1。
[0067] 其制备方法为:
[0068] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间40s,脉冲频率13Hz,脉冲
2
电流密度12A/mm ,脉冲宽度160μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0069] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为920℃,保温时间为2小时,然后随炉冷却至室温;
[0070] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至920℃进行热轧制,热轧总变形量为70%,终轧温度为850℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0071] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为80%,轧制后样品厚度为1.4mm;
[0072] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为460℃,时效时间为4小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0073] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为35%,轧制后样品厚度为0.82mm;
[0074] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为410℃,保温时间为20分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0075] 经检测,所得铜合金材料的硬度为227HV,屈服强度为636MPa,抗拉强度为715MPa,断后伸长率为22%,软化温度为540℃,导电率为82% IACS。
[0076] 实施例5
[0077] 合金成分的质量百分数为:1.12wt%的Hf、0.15wt%的Si、0.11wt%的Ni、0.095wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.17:1。
[0078] 其制备方法为:
[0079] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间100s,脉冲频率23Hz,脉冲
2
电流密度16A/mm ,脉冲宽度110μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0080] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为970℃,保温时间为1小时,然后随炉冷却至室温;
[0081] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至930℃进行热轧制,热轧总变形量为75%,终轧温度为860℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0082] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为85%,轧制后样品厚度为0.85mm;
[0083] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为480℃,时效时间为3小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0084] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为40%,轧制后样品厚度为0.43mm;
[0085] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为430℃,保温时间为12分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0086] 经检测,所得铜合金材料的硬度为216HV,屈服强度为614MPa,抗拉强度为692MPa,断后伸长率为23%,软化温度为530℃,导电率为83% IACS。
[0087] 实施例6
[0088] 合金成分的质量百分数为:1.15wt%的Hf、0.18wt%的Si、0.12wt%的Ni、0.10wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比1.01:1。
[0089] 其制备方法为:
[0090] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间180s,脉冲频率30Hz,脉冲
2
电流密度20A/mm ,脉冲宽度200μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0091] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为980℃,保温时间为2小时,然后随炉冷却至室温;
[0092] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至960℃进行热轧制,热轧总变形量为80%,终轧温度为910℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0093] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为90%,轧制后样品厚度为0.40mm;
[0094] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为530℃,时效时间为5小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0095] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为50%,轧制后样品厚度为0.14mm;
[0096] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为450℃,保温时间为30分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0097] 经检测,所得铜合金材料的硬度为210HV,屈服强度为600MPa,抗拉强度为677MPa,断后伸长率为24%,软化温度为520℃,导电率为84% IACS。
[0098] 对比例1
[0099] 合金成分的质量百分数为:0.85wt%的Hf、0.07wt%的Si、0.086wt%的Ni、0.065wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.91:1。
[0100] 其制备方法为:
[0101] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合金铸锭,铸锭厚度
为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce的Cu‑Ce中间合金;
[0102] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为940℃,保温时间为1.5小时,然后随炉冷却至室温;
[0103] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至890℃进行热轧制,热轧总变形量为70%,终轧温度为820℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0104] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为70%,轧制后样品厚度为2.17mm;
[0105] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为440℃,时效时间为3小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0106] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为30%,轧制后样品厚度为1.43mm;
[0107] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为390℃,保温时间为8分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0108] 经检测,所得铜合金材料的硬度为164HV,屈服强度为462MPa,抗拉强度为535MPa,断后伸长率为6.3%,软化温度为430℃,导电率为65.3% IACS。
[0109] 即证明当制备方法中缺少了脉冲电场处理,其制得的铜合金材料的导电性能会明显变差,同时力学性能和软化温度也有一定程度的下降。
[0110] 图4为本对比例最终成品的金相组织图,从图中可以看出,其晶粒大小分布不均,而且可以观察到部分晶粒的晶粒尺寸≥20μm。
[0111] 对比例2
[0112] 合金成分的质量百分数为:0.40wt%的Hf、0.02wt%的Si、0.07wt%的Ni、0.01wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为3.15:1。
[0113] 其制备方法为:
[0114] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间100s,脉冲频率12Hz,脉冲
2
电流密度11A/mm ,脉冲宽度80μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0115] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为970℃,保温时间为2小时,然后随炉冷却至室温;
[0116] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至900℃进行热轧制,热轧总变形量为80%,终轧温度为830℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0117] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为80%,轧制后样品厚度为0.92mm;
[0118] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为445℃,时效时间为4小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0119] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为40%,轧制后样品厚度为0.48mm;
[0120] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为410℃,保温时间为25分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0121] 经检测,所得铜合金材料的硬度为153HV,屈服强度为439MPa,抗拉强度为506MPa,断后伸长率为7.7%,软化温度为415℃,导电率为70.5% IACS。
[0122] 即证明当合金成分(Hf、Si、Ni、Ce)含量低于限定范围时,其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度明显变差,同时导电性能也有一定程度的下降。
[0123] 图5为本对比例的扫描电镜图片,从图中可以看出,析出相颗粒分布不均,在晶界处可以观察到析出相颗粒的偏聚。
[0124] 对比例3
[0125] 合金成分的质量百分数为:1.1wt%的Hf、0.16wt%的Si、0.115wt%的Ni、0.07wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为1.08:1。
[0126] 其制备方法为:
[0127] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合金铸锭,铸锭厚度
为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce的Cu‑Ce中间合金;
[0128] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为910℃,保温时间为1小时,然后随炉冷却至室温;
[0129] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至920℃进行热轧制,热轧总变形量为60%,终轧温度为830℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0130] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为75%,轧制后样品厚度为2.42mm;
[0131] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为430℃,时效时间为2小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0132] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为50%,轧制后样品厚度为1.13mm;
[0133] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效处理温度为400℃,时效时间为18分钟,随后以风冷的方式冷
却至室温;
[0134] 经检测,所得铜合金材料的硬度为166HV,屈服强度为500MPa,抗拉强度为577MPa,断后伸长率为5%,软化温度为440℃,导电率为69.6% IACS。
[0135] 即证明当制备方法中缺少了脉冲电场处理,其制得的铜合金材料的导电性能会明显变差,同时力学性能和软化温度也有一定程度的下降。
[0136] 对比例4
[0137] 合金成分的质量分数为:1.2wt%的Hf、0.3wt%的Si、0.2wt%的Ni、0.2wt%的Ce,其余为Cu,Hf:Si的摩尔比为0.63:1。
[0138] 其制备方法为:
[0139] (1)合金熔铸:将原材料放入感应炉的坩埚中,抽真空到10‑3Pa,然后通入1.1×5
10 Pa的纯氩气(Ar≥99.99%),在纯氩气保护下进行熔炼,待固体完全熔化形成合金熔液
后,保持10分钟,将脉冲电场的电极插入到熔体液面下,脉冲时间120s,脉冲频率19Hz,脉冲
2
电流密度17A/mm ,脉冲宽度150μs,然后将合金熔液浇铸到石墨模具中,冷却后开模取出合
金铸锭,铸锭厚度为25mm;熔炼使用的是纯度≥99.9wt%的Cu、Hf、Si、Ni金属块,含25wt%Ce
的Cu‑Ce中间合金;
[0140] (2)均匀化处理:在纯氩气保护下,将所得合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化处理温度为930℃,保温时间为2小时,然后随炉冷却至室温;
[0141] (3)热轧制:将均匀化后的合金铸锭加热至960℃进行热轧制,热轧总变形量为65%,终轧温度为800℃,终轧后的合金材料立刻进行水淬处理;
[0142] (4)一次室温轧制:将热轧制后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为70%,轧制后样品厚度为2.61mm;
[0143] (5)一次时效处理:将一次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行时效处理,时效处理温度为450℃,时效时间为3小时,随后以风冷的方式冷却至室
温;
[0144] (6)二次室温轧制:将一次时效处理后的铜合金材料进行铣面,去除表面氧化皮,然后进行室温轧制变形,总变形量为45%,轧制后样品厚度为1.41 mm;
[0145] (7)二次时效处理:将二次室温轧制后的铜合金材料放入热处理炉中,在纯氩气保护下进行二次时效处理,时效温度为420℃,保温时间为6分钟;时效结束后,将铜合金材料
以风冷的方式冷却至室温,得到所述铜合金材料。
[0146] 经检测,所得铜合金材料的硬度为142HV,屈服强度为401MPa,抗拉强度为472MPa,断后伸长率为8.9%,软化温度为400℃,导电率为75.3% IACS。
[0147] 即证明当合金成分(Hf、Si、Ni、Ce)含量高于限定范围时,其制得的铜合金材料的力学性能和软化温度明显变差,同时导电性能也有一定程度的下降。
[0148] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。