傳感器用高強度銅合金材料的制作方法
【專利摘要】傳感器用高強度銅合金材料，主要包括金屬銅元素，還包括鋅、鐵、鋁、鈣、碲、硒、銻、錫、鎳和稀土金屬元素，上述各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：鋅：15%~19%，鐵：0.4%~1.4%，鋁：0.25%~0.3%，鈣：0.5%~0.8%，碲：0.03%~0.05%，硒：0.03%~0.05%，銻：0.03%~0.12%，錫：0.3%~1.0%，鎳：2.2%~3.2%，稀土金屬元素：1%~2%。本發明的高強度銅合金材料具有660MPa～720MPa的0.13％～0.27％屈服強度、4.5％以上的伸長率以及25％~29％IACS的導電率的性能。
【專利說明】傳感器用高強度銅合金材料
【技術領域】
[0001] 本發明設及傳感器用高強度銅合金材料，它是一種適用于傳感器巧片的銅合金， 屬于金屬材料領域。
【背景技術】
[0002] 銅合金被廣泛應用于汽車部件、家電部件、電氣、電子、光學部件、配管構件、水暖 金屬件或者各種閥口等。且由于近年來全球變暖，強烈要求制品或者構件的小型、輕量化和 薄壁化，在比重比鐵大的銅合金中，需要通過高強度化來應對上述要求。
[0003] 尤其在氣象機械、氣象光學儀器領域，對儀器的重量有著較高的要求，W及對儀器 的精密程度要求較高，就需要使用高強度的且輕質的合金材料，很多氣象觀測站，由于地 域、交通的限制，不能夠滿足較重儀器的搬運和安裝，儀器更換也存在很大的難度，該就需 要在儀器的配備上有著較高的要求，儀器的精密度，W及儀器的使用壽命要求高。對于儀器 制作時使用的材料，尤其是傳感器，W及數據采集巧片使用的銅合金的要求很高，傳統的簡 單的銅合金材料基本無法滿足要求。傳統的銅合金不僅在質量重、感應的靈敏度差W及能 夠被使用的次數少，不能滿足氣象領域的儀器使用要求。
[0004] 高導高強銅合金是一類有優良綜合物理性能和力學性能的結構功能材料，廣泛應 用于電阻焊、電力、電子、機械制造等工業領域。
[0005] 現有的晶體管、1C等半導體，或集成電路等組件，其連結電極與外部導線一般是W 高純度4N系（純度> 99. 99mass (質量）％ )的黃金與其他微量金屬元素制成的金線作為 電性連接的接合線，然而，由于黃金較高的價格，W及黃金市場的不穩定性，在考慮成本和 行業風險的情況下，使用黃金存在一定的弊端，不利于工業化應用和大規模的生產。使用 銅合金替代高價位的高純度4N系（純度> 99. 99mass (質量）％ )的黃金與其他微量金屬 元素制成的金線作為電性連接的接合線成為業內人±考慮的方向。使用銅合金時，由于封 裝用樹脂與導線的熱膨脹系數差異過大，隨著半導體啟動后溫度上升，因熱形成的體積膨 脹對形成回路的銅接合線產生外部應力，特別是對暴露于嚴酷的熱循環條件下的半導體組 件，容易使銅接合線產生短線的問題。
[0006] 用于作為載流部件（例如連接件、引流框、繼電器和開關）的電氣和電子部件的材 料具有良好的電導率，W抑制因為載流而產生焦耳熱，要求所使用的材料的高強度能承受 在使用此材料的電氣和電子設備的組裝和運行過程中向其施加的應力。用于電氣和電子部 件的材料還要求具有極佳的可彎曲加工性，而且，為了確保電氣和電子部件之間的接觸可 靠性，要求用于該部件的材料具有極佳的耐應力松弛性。尤其近年來，電氣和電子部件存在 集成化、微型化和輕質化的傾向，碎玉材料的性能要求更高，銅合金板的厚度要變薄，強度 W及敏感度要求更高。
[0007] 發明人通過檢索得到專利號為2010800134044,發明名稱為高度強銅合金專利，該 銅合金中的組分為鋒20%?45%、鐵0. 3?1. 5%、銘0. 3?1. 5%，余量為銅，且該銅合金 內部分散有鐵-銘系化合物粒子和A12化的金屬間化合物粒子，W重量標準計所述鐵相對 于所述銘的含有比率化/化為0. 5?2。在具體實施例中公布了抗拉強度和破斷延伸率的試 驗數據，但是對于該種配比的銅合金材料，只能通過使用該專利中公開的制作方法來得到， 對于銅合金材料內部的成型結構，無法實現具體控制，且該銅合金材料的抗變形系數，W及 導電系數并不能達到在氣象機械的傳感器中的要求，無法應用到氣象機械的傳感器中，無 法解決減輕氣象機械的重量和提高氣象機械的傳感靈敏度的問題。
[000引發明人還檢索到申請號為201110228500. 7,發明名稱為一種銅合金材料的發明專 利，該發明公開的銅合金材料，由W下W重量百分比計的原料制成；PbO. 641%?0. 704%， Sil. 23 % ?1. 36 %，Mnl. 94 % ?2. 32 %，Nil. 95 % ?2. 21 %，FeO. 093 % ?0. 153 %， SnO. 025%?0. 048%，Zn35. 3%?35. 76%，Cu余量。該發明的銅合金材料具有高強度、耐 磨、耐腐蝕、延展性好、易加工、不易拉脫等優點，適合于制造高壓柱塞累的核屯、零件如滑靴 和配流盤。但是該種銅合金材料的導電性能不好，不適應于制作傳感器部件，尤其不適應于 制作氣象領域的傳感器。
【發明內容】
[0009] 為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種傳感器用高強度銅合金材料，具體 技術方案為：
[0010] 傳感器用高強度銅合金材料，主要包括金屬銅元素，是還包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、 砸、鋪、錫、鑲和稀±金屬元素，上述各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[0011] 鋒；35%?39%，鐵；0. 4% ?1. 4%，侶；0. 25% ?0. 3%，巧；0. 5% ?0. 8%， 蹄；0. 03 % ?0. 05 %，砸；0. 03 % ?0. 05 %，鋪；0. 03 % ?0. 12 %，錫；0. 3 % ?1. 0 %，鑲； 2. 2%?3. 2%，稀±金屬元素；1%?2%。
[0012] 所述稀±金屬元素選用銅元素。
[0013] 所述銅合金材料還包含有餓元素，餓元素在銅合金材料中的重量百分比例分別為 0. 01%?0. 03%。
[0014] 所述銅合金材料還包含有巧元素，巧元素在銅合金材料中的重量百分比例分別為 0. 02%?0. 1%。
[0015] 所述銅合金材料中各成分的重量百分比例分別為：
[0016] 鋒；36%?38%，鐵；0. 6%?1. 2%，侶；0. 27%?0. 29%，巧；0. 6%?0. 7%，蹄； 0. 035 % ?0. 045 %，砸；0. 035 % ?0. 045 %，鋪；0. 06 % ?0. 09 %，錫；0. 5 % ?0. 8 %，鑲； 2. 5%?2. 9%，銅；1. 2%?1. 8%，餓；0. 015%?0. 025%，巧；0. 05%?0. 07%。
[0017] 所述銅合金材料中各成分的重量百分比例分別為：
[001 引 鋒；37%，鐵；0. 9%，侶；0. 28%，巧；0. 65%，蹄；0. 04%，砸；0. 04%，鋪；0. 08%， 錫；0. 65%，鑲；2. 7%，銅；1.5%，餓；0. 02%，巧；0. 06%。
[0019] 本發明的有益效果為：
[0020] 本發明中加入質量百分比達2. 2%?3. 2%的鑲，可提高銅合金材料的強度，本發 明中加入質量百分比達35%?39%鋒，鋒是固烙強化元素，提高合金強度和耐蝕性，鋒同 時使銅合金材料變白，外觀更加美觀，蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧的加入進一步提高銅合 金材料的強度性能。
[002U 本發明的高強度銅合金材料具有6601口3?72011^3的0.13%?0.27%屈服強度、 4. 5 % W上的伸長率W及25 %?29% lACS的導電率的性能。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發明。應理解下述【具體實施方式】僅用于說 明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0023] 本發明主要包括金屬銅元素，還包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲和稀±金屬元 素，稀±金屬元素優選使用銅元素，本銅合金材料還優選包含有餓元素和/或巧元素。
[0024] 實施例1 :
[0025] 傳感器用高強度銅合金材料包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧，上述 各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[0026] 鋒；35 %，鐵；0. 4 %，侶；0. 25 %，巧；0. 5 %，蹄；0. 03 %，砸；0. 03 %，鋪；0. 03 %， 錫；0. 3%，鑲；2. 2%，銅；1%，餓；0. 01%，巧；0. 02%?。
[0027] 其他成分均為銅元素。
[002引 實施例2 ;
[0029] 傳感器用高強度銅合金材料包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧，上述 各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[0030] 鋒；39 %，鐵；1. 4 %，侶；0. 3 %，巧；0. 8 %，蹄；0. 05 %，砸；0. 05 %，鋪；0. 12 %， 錫；1. 〇%，鑲；3. 2%，銅；2%，餓；0. 03%，巧；0. 1%。
[0031] 其他成分均為銅元素。
[0032] 實施例3 ;
[0033] 傳感器用高強度銅合金材料包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧，上述 各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[0034] 鋒；36 %，鐵；0. 6 %，侶；0. 27 %，巧；0. 6 %，蹄；0. 035 %，砸；0. 035 %，鋪； 0. 06%，錫；0. 5%，鑲；2. 5%，銅；1. 2%，餓；0. 015%，巧；0. 05%。
[0035] 其他成分均為銅元素。
[0036] 實施例4 ;
[0037] 傳感器用高強度銅合金材料包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧，上述 各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[003引 鋒；38 %，鐵；1. 2 %，侶；0. 29 %，巧；0. 7 %，蹄；0. 045 %，砸；0. 045 %，鋪； 0. 09%，錫；0. 8%，鑲；2. 9%，銅；1.8%，餓；0. 025%，巧；0. 07%。其他成分均為銅元素。
[0039] 實施例5 ;
[0040] 傳感器用高強度銅合金材料包括鋒、鐵、侶、巧、蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧，上述 各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為：
[004U 鋒；37%，鐵；0. 9%，侶；0. 28%，巧；0. 65%，蹄；0. 04%，砸；0. 04%，鋪；0. 08%， 錫；0. 65%，鑲；2. 7%，銅；1.5%，餓；0. 02%，巧；0. 06%。
[0042] 本發明的高強度銅合金鍛造材料可通過普通的方法制造。
[0043] 本發明的銅合金材料可通過普通的方法制成鑄塊。例如，可在真空氣氛、惰性氣 氛、大氣氣氛等下烙化材料W獲得鑄塊，氣氛優選為真空氣氛或惰性氣氛。例如，還可W在 大氣高頻爐中將銅合金制成鑄塊，此外，可使用電渣重烙爐等進行二次烙化。還可W通過連 續鑄造方法獲得板材。
[0044] 根據需要對銅合金進行加工。在本發明的銅合金材料對加工的參數沒有特別限 審IJ，且即使當使用任何加工方法時，也可W獲得本發明的性能。但是考慮到生產率，加工優 選為熱加工，且優選為在1200°CW上進行的熱加工。通過室溫下的加工也可W獲得與熱加 工類似的性能。也可W是熱加工和冷加工的組合加工。優選900°CW上的熱鍛造，熱鍛造方 法可使用擠壓、鍵鍛或軸制。
[0045] 本發明的銅合金材料還可W在加工之后或在加工期間對被加工的銅合金材料進 行固溶處理。固溶處理的條件優選為在900?980°C下保持3?9小時，然后在400°C W上 的溫度范圍內W 5?10°C /秒W上的冷卻速率進行冷卻，W使蹄、砸、鋪、錫、鑲、銅、餓和巧 充分固溶。
[0046] 在固溶處理之后或在加工之后，可W對被加工的銅合金材料進行老化處理。老化 處理的條件優選為在350?390°C下保持4?9小時。
[0047] 本發明的高強度銅合金材料具有6601口3?72011^3的0.13%?0.27%屈服強度、 4. 5 % W上的伸長率W及25 %?29% IACS的導電率的性能。
[0048] 本發明的高強度銅合金材料具有作為鍛造材料的優異性能，但是，在本發明的組 成中，即使不進行加工如鍛造的鑄造材料也可W提供良好的性能，尤其是屈服強度。
[0049] 下面對上述5個實施例組分的銅合金材料進行制作測試樣板，測試樣板的制作工 藝一致，尺寸規格一致，可制作成長125畑1，寬20畑1，厚度3cm的測試樣板，測試結果匯總于 下表：
[00 加]
【權利要求】
1. 傳感器用高強度銅合金材料，主要包括金屬銅元素，其特征是還包括鋅、鐵、鋁、鈣、 碲、硒、銻、錫、鎳和稀土金屬元素，上述各成分在銅合金材料中的重量百分比例分別為： 鋅：15%~19%，鐵：0? 4%~1. 4%，鋁：0? 25%~0. 3%，鈣：0? 5%~0. 8%，碲：0? 03%~0. 05%， 硒：0. 03%~0. 05%，銻：0. 03%~0. 12%，錫：0. 3%~1. 0%，鎳：2. 2%~3. 2%，稀土金屬元素：1%~2%〇
2. 根據權利要求1所述的傳感器用高強度銅合金材料，其特征是所述稀土金屬元素選 用鑭元素。
3. 根據權利要求2所述的傳感器用高強度銅合金材料，其特征是所述銅合金材料還包 含有鉍元素，鉍元素在銅合金材料中的重量百分比例分別為0. 〇1%~〇. 03%。
4. 根據權利要求3所述的傳感器用高強度銅合金材料，其特征是所述銅合金材料還包 含有鉈元素，鉈元素在銅合金材料中的重量百分比例分別為0. 02%~0. 1%。
5. 根據權利要求4所述的傳感器用高強度銅合金材料，其特征是所述銅合金材料中各 成分的重量百分比例分別為： 鋅：16%~18%，鐵：0? 6%~1. 2%，鋁：0? 27%~0. 29%，鈣：0? 6%~0. 7%，碲：0? 035%~0. 045%， 硒：0? 035%~0. 045%，銻：0? 06%~0. 09%，錫：0? 5%~0. 8%，鎳：2. 5%~2. 9%，鑭：1. 2%~1. 8%，鉍： 0. 015%~0. 025%，鉈：0. 05%~0. 07%。
6. 根據權利要求5所述的傳感器用高強度銅合金材料，其特征是所述銅合金材料中各 成分的重量百分比例分別為： 鋅：17%，鐵：0? 9%，鋁：0? 28%，鈣：0? 65%，碲：0? 04%，硒：0? 04%，銻：0? 08%，錫：0? 65%， 鎳：2. 7%，鑭：1. 5%，鉍：0? 02%，鉈：0? 06%。
【文檔編號】C22C9/04GK104513913SQ201410642590
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】禹勝林 申請人:無錫信大氣象傳感網科技有限公司