一種高導電率銅合金材料及制造方法

一種高導電率銅合金材料及制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種高導電率銅合金材料及制造方法，該高導電率銅合金材料，主要成分是銅元素，還包括鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅5%~8%、銻0.25%~0.39%、碲0.2%~0.3%、鈦0.1%~0.14%、錫0.08%~0.15%、鈷0.05%~0.15%、鋯0.01%~0.05%、磷0.07%~0.15%和鐵0.8%~1.6%。該制造高導電率銅合金材料的方法，包括以下步驟：（1）制備銅的熔融液；（2）制備鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液；（3）步驟（2）的混合熔融液與銅的熔融液混合；（4）將步驟（3）得到的混合熔融液進行固溶處理，得到銅合金；（5）將銅合金進行時效處理。
【專利說明】一種高導電率銅合金材料及制造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高導電率銅合金材料及制造方法，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 金屬件或者各種閥門等。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，以及對儀器 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，這就需 要在儀器的配備上有著較高的要求，儀器的精密度，以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，以及數據采集芯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、感應的靈敏度差以及能 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、IC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以 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，以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士考慮的方向。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，以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 以及敏感度要求更高。
[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 銅合金中的組分為鋅20%?45%、鐵0. 3?1. 5%、鉻0. 3?1. 5%，余量為銅，且該銅合金 內部分散有鐵-鉻系化合物粒子和A12Ca的金屬間化合物粒子，以重量標準計所述鐵相對 于所述鉻的含有比率Fe/Cr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，但是對于這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，以及 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。
[0008] 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，由以下以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%，Fe0.093%?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泵的核心零件如滑靴 和配流盤。但是這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，本發明公開了一種高導電率銅合金材料及制造方法， 具體技術方案為：
[0010] 該高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，其特征是包括鋅、銻、碲、鈦、錫、 鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅5 %?8 %、銻 0· 25%?0· 39%、碲 0· 2%?0· 3%、鈦 0· 1%?0· 14%、錫 0· 08%?0· 15%、鈷 0· 05%? 0· 15%、鋯 0· 01%?0· 05%、磷 0· 07%?0· 15%和鐵 0· 8%?L 6%。
[0011] 所述鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵在銅合金材料中所占的重量百分比例為： 鋅 6% ?7%、銻 0.29% ?0.35%、碲 0.23% ?0.27%、鈦 0· 11 % ?0· 13 %、錫 0· 1 %? 0· 13%、鈷 0.07%?0· 12%、鋯 0.02%?0.04%、磷 0.09%?0· 13%和鐵 1.0%?1.4%。
[0012] 所述鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅 6. 5%、銻 0· 32%、碲 0· 25%、鈦 0· 12%、錫 0· 12%、鈷 0· 1 %、鋯 0· 03%、磷 0· 11 %和鐵 1. 2%。
[0013] 該制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以下步驟：
[0014] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在不低于1500°c，保持密封真空；（2)根據步驟（1) 中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質量，并將對應質量的鋅、銻、 碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使鋅、銻、碲、 鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵完全熔化，得到鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液，熔融爐 內的溫度維持在不低于1700°C，保持密封真空；
[0015] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1600°C ±50°C，保持密封真空；
[0016] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0017] (5)將步驟⑷得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到550?650°C進行去應 力退火，處理時間為2?3個小時。
[0018] 所述步驟（3)步驟為將維持時間為鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液 倒入到銅的熔融爐中，混合時間為I. 5?2. 5個小時。
[0019] 本發明的有益效果是：
[0020] 本發明公開的銅合金材料的強度達到580_650MPa，導電率達到73% IACS，延伸率 不大于13%，具有良好的導電性、耐腐蝕性、強度及韌性，同時具有良好的焊接性和導熱性。 本發明銅合金材料成本低、導電率高，因而其性價比高，而且重量輕、延展性高，在-20°C? 70°C之間不易折斷變形，性能十分優異。
[0021] 本發明公開的銅合金材料的制造方法，工藝過程容易實現和控制，本發明工藝中 的金屬的熱熔均在真空條件下進行，有效防止氧化，和提高熱熔的均勻性，有利于達到金屬 原子之間的結晶成形，形成穩定的金屬組織構架結構。固溶處理使銅合金中各種相充分溶 解，強化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工或成型。去應力退 火能夠減少內應力，防止開裂，提高銅合金的適用壽命。

【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] 實施例1 :
[0024] 本高導電率銅合金材料,其主要成分是銅元素,還包括鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷 和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅5%、銻0. 25%、碲0. 2%、鈦 0· 1%、錫 0· 08%、鈷 0· 05%、鋯 0· 01%、磷 0· 07%和鐵 0· 8%。
[0025] 該制造高導電率銅合金材料的方法，包括以下步驟：
[0026] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在1500°C，保持密封真空；
[0027] (2)根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質 量，并將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總 夠長的時間，使鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵完全熔化，得到鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷 和鐵的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在1700°C，保持密封真空；
[0028] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1600°C，保持密封真空，混合時 間為1.5個小時；
[0029] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0030] (5)將步驟（4)得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到550°C進行去應力退 火,處理時間為2個小時。
[0031] 實施例2:
[0032] 本高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，還包括鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷 和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅6%、銻0. 29%、碲0. 23%、鈦 0· 11%、錫 0· 1%、鈷 0· 07%、鋯 0· 02%、磷 0· 09%和鐵 L 0%。
[0033] 該制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以下步驟：
[0034] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在1520°C，保持密封真空；
[0035] (2)根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質 量，并將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總 夠長的時間，使鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷和鐵完全烙化，得到鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷 和鐵的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在1720°C，保持密封真空；
[0036] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1580°C，保持密封真空，混合時 間為1. 8個小時；
[0037] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0038] (5)將步驟（4)得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到590°C進行去應力退 火,處理時間為2. 5個小時。
[0039] 實施例3 :
[0040] 本高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，其特征是包括鋅、銻、碲、鈦、錫、 鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅6. 5%、銻0. 32%、 碲 0.25%、鈦 0· 12%、錫 0· 12%、鈷 0· 1 %、鋯 0.03%、磷 0· 11 %和鐵 1.2%。
[0041] 該制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以下步驟：
[0042] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在1550°C，保持密封真空；
[0043] (2)根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質 量，并將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總 夠長的時間，使鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷和鐵完全烙化，得到鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷 和鐵的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在1760°C，保持密封真空；
[0044] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1650°C，保持密封真空，混合時 間為2. 5個小時；
[0045] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0046] (5)將步驟⑷得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到550?650°C進行去應 力退火，處理時間為3個小時。
[0047] 實施例4 :
[0048] 本高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，其特征是包括鋅、銻、碲、鈦、錫、 鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅7%、銻0.35%、碲 0.27%、鈦0.13%、錫0.13%、鈷0.12%、鋯0.04%、磷0.13%和鐵1.4%。
[0049] 該制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以下步驟：
[0050] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在1540°C，保持密封真空；
[0051] (2)根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質 量，并將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總 夠長的時間，使鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵完全熔化，得到鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷 和鐵的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在1740°C，保持密封真空；
[0052] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1600°C，保持密封真空，混合時 間為2. 1個小時；
[0053] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0054] (5)將步驟（4)得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到610°C進行去應力退 火,處理時間為1.9個小時。
[0055] 實施例5 :
[0056] 本高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，其特征是包括鋅、銻、碲、鈦、錫、 鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅8%、銻0.39%、碲 0.3%、鈦0.14%、錫0.15%、鈷0.15%、鋯0.05%、磷0.15%和鐵1.6%。
[0057] 該制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以下步驟：
[0058] (1)取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化， 得到銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在1600°C，保持密封真空；
[0059] (2)根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質 量，并將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總 夠長的時間，使鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷和鐵完全烙化，得到鋅、鋪、締、鈦、錫、鈷、锫、磷 和鐵的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在1800°C，保持密封真空；
[0060] (3)將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟 (1)得到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1650°C，保持密封真空，混合時 間為2.0個小時；
[0061] (4)將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶 處理，得到銅合金；
[0062] (5)將步驟（4)得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到600°C進行去應力退 火,處理時間為2. 5個小時。
[0063] 將上述5個具體實施例中制造得到的銅合金材料進行強度達到、導電率和延伸率 的測試，得到數據如下表格：
[0064]

【權利要求】
1. 一種高導電率銅合金材料，其主要成分是銅元素，其特征是包括鋅、銻、碲、鈦、 錫、鈷、鋯、磷和鐵，上述各組分在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅59T8%、 銻 0? 25%?0? 39%、碲 0? 2%?0? 3%、鈦 0? 1%?0? 14%、錫 0? 08%?0? 15%、鈷 0? 05%?0? 15%、鋯 0? 01%?0. 05%、磷 0? 07%?0. 15% 和鐵 0? 8%?1. 6%。
2. 根據權利要求1所述的高導電率銅合金材料，其特征是所述鋅、銻、碲、鈦、錫、 鈷、鋯、磷和鐵在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅6%~7%、銻0. 299T0. 35%、 碲 0? 23%?0? 27%、鈦 0? 11%?0? 13%、錫 0? 1%?0? 13%、鈷 0? 07%?0? 12%、鋯 0? 02%?0? 04%、磷 0? 09%?0? 13% 和鐵 1. 0%?1. 4%。
3. 根據權利要求2所述的高導電率銅合金材料，其特征是所述鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、 鋯、磷和鐵在銅合金材料中所占的重量百分比例為：鋅6. 5%、銻0. 32%、碲0. 25%、鈦0. 12%、 錫 0? 12%、鈷 0? 1%、鋯 0? 03%、磷 0? 11% 和鐵 1. 2%。
4. 一種制造如權利要求1-3任一所述的高導電率銅合金材料的方法，其特征是包括以 下步驟： (1) 取一定重量的銅，置于熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長的時間，使銅完全熔化，得到 銅的熔融液，熔融爐內的溫度維持在不低于1500°C，保持密封真空； (2) 根據步驟（1)中銅的質量換算出對應的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的質量，并 將對應質量的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵同時投入到熔融爐中高溫熔化，熔化總夠長 的時間，使鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵完全熔化，得到鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵 的混合熔融液，熔融爐內的溫度維持在不低于1700°C，保持密封真空； (3) 將步驟（2)熔化得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液與步驟（1)得 到銅的熔融液在熔融爐混合，熔融爐內的溫度維持在1600°C ±50°C，保持密封真空； (4) 將步驟（3)得到的鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷、鐵和銅的混合熔融液進行固溶處理， 得到銅合金； (5) 將步驟（4)得到的銅合金進行時效處理，銅合金加熱到550?650°C進行去應力退 火，處理時間為2~3個小時。
5. 根據權利要求4所述的制造高導電率銅合金材料的方法，其特征是所述步驟（3)步 驟為將維持時間為鋅、銻、碲、鈦、錫、鈷、鋯、磷和鐵的混合熔融液倒入到銅的熔融爐中，混 合時間為1.5~2. 5個小時。
【文檔編號】C22F1/08GK104388746SQ201410642927
【公開日】2015年3月4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