一种含钴硅的铜合金制造技术

本发明专利技术涉及到一种含钴硅的铜合金，其特征在于包括下述重量组成：其中铜、锌两种元素之和大于95wt％，不可避免的杂质含量小于0.2％。较好的，该铜合金含有铜锌α固溶体的基体相和CoxSiy析出相；所述CoxSiy析出相弥散分布在所述基体相上；所述基体相的面积百分比≥95％，所述CoxSiy析出相的面积比为0.01％-5％。

【技术实现步骤摘要】
一种含钴硅的铜合金
本专利技术涉及的合金领域，具体指一种含钴硅的铜合金。
技术介绍
黄铜由于其良好的导电性、耐腐蚀性、良好的冷热加工性能，广泛应用在各行各业，是当前时代必不可缺的金属材料，而铜资源是有限的，随着不断开采，资源存量不断减少。以锡磷青铜为代表的高强度、高弹性、耐疲劳、耐腐蚀铜合金广泛应用于医疗、航空、通信、汽车、电子电气等行业的连接器、端子、继电器、弹簧、开关元器件上。但其属于青铜系列合金，铜含量高，锡磷青铜中含有较高含量的、更昂贵的金属Sn，原材料价格导致该产品价格居高不下。随着市场竞争日益激烈，企业进入薄利化时代，迫切需求降低各方面成本来提高盈利水平，对于上述行业的企业，亟待一种满足使用要求的低成本弹性材料来降低成本。黄铜是以铜、锌为主体铜合金，可以通过添加其他的合金元素构成复杂黄铜，满足不同需求。黄铜合金其具有良好的工艺性能、机械性能和耐蚀性能，是有色金属中应用最广泛的合金材料之一。锌的储量丰富，原材料价格远低于铜，因此黄铜原材料成本普遍低于青铜。通过相应的方案改善黄铜的一些性能，使其可以满足更多应用领域的需求，替代使用青铜才能满足材料，从资源存量、企业利润上，都是一个大的趋势。当前市场上已经出现了几款复杂弹性黄铜材料用于替代锡磷青铜，但在实际应用过程中存在不少问题。虽然在抗拉强度、屈服强度等指标上达到了替代弹性材料的使用要求，但材料基本属性导致高温耐久性能、抗蠕变性能差于磷青铜，使用寿命及可靠性差于磷青铜，使用环境受到限制。此外，随着近些年上述行业所用器件的轻量化、小型化，对磷青铜替代材料，甚至磷青铜本身，提出了更高的要求和挑战。例如，对于弹性元件而言，要想小型化并保持满足使用要求的夹持力或回弹力，唯一的方式就是提高材料的弹性模量，这个指标是由材料的基本属性决定的，磷青铜弹性模量在110GPa左右，而黄铜类替代材料由于固溶强化比例的增加，使弹性模量进一步降低，在105GPa左右，无法满足弹性材料应用领域小型化、轻量化的需求。其次，为了谋求小型化、薄壁化，要求构成这种元器件材料具有更高的强度以及强度与延伸率的平衡。众所周知，强度与塑性是一对矛盾，材料通过冷变形加工硬化来提高强度会导致延伸率下降，使材料的塑性加工能力降低，使用受到限制。另外，在一些大电流并要求最高使用温度的应用领域，如电源连接器要求有更高的导电率，当前磷青铜导电率在16％IACS左右，客观上需要更高导电率的替代材料出现，而当前的替代材料如锡黄铜，出于成本和力学性能的考虑，使更多的合金元素固溶在基体相里，这使材料导电率的提升受到重大限制，只能达到20％IACS左右。如当前一款黄铜替代锡磷青铜材料，国标HSn70-1，美标C44300，其成分为Cu：70％-73％，Sn：0.9％-1.2％，余量为Zn，通过加工硬化可以使力学性能达到上述行业材料的使用要求，但其在100℃50％屈服强度初始应力下1000h抗应力松弛率仅为不到80％，难以满足持久性需求。又如公开号为CN103088229A的中国专利申请所公布的一款通过降低Sn含量来降低成本的锡磷青铜替代材料。其主要成分为Sn：0.01％-2.5％，P：0.01-0.3％，Fe：0.01-0.5，Ni：0.01-0.5％，Mn：0.01-0.1％，余量为Cu；其导电率仅为10％-16％IACS，应用领域受到限制。此外，成本降幅不大，降低Sn含量的同时Cu含量提高到97％以上，综合成本降幅仅为5％-10％。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能显著降低合金成本且具有更低应力松弛率、更耐蠕变、更高屈强比、更高弹性模量和更好导电率的含钴、硅的铜合金。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该含钴硅的铜合金，其特征在于包括下述重量组成：其中铜、锌两种元素之和大于95wt％，不可避免的杂质含量小于0.2％。较好的，该铜合金含有铜锌α固溶体的基体相和CoxSiy析出相；所述CoxSiy析出相弥散分布在所述基体相上；所述基体相的面积百分比≥95％，所述CoxSiy析出相的面积比为0.01％-5％。优选所述CoxSiy析出相中粒径在10-200nm之间的数量占比≥90％，粒径在200nm以上的≤10％。所述铜和锌的原子比Cu/Zn可以为2.3-15.8，所述铜与锌的质量分数满足0.65≤([Cu]/3+1)/([Zn]+5)≤3.5。上述铜合金的屈服强度/抗拉强度≥85％；100℃、1000H、50％屈服强度初始应力条件下的应力松弛率≤15％。进一步地，该铜合金还可以含有0.01-3.5wt％的Sn元素、0.01％-4.0wt％的Al和0.01％-3wt％的Ni中的至少一种。更进一步地，上述各方案中的铜合金还可以含有0.01％-0.35wt％的P。该铜合金还含有ComPn析出相，所述ComPn析出相的面积比为0.01％-5％。上述各方案中，该铜合金还可以包括总含量为0.0001％-2％的A，所述A选自0.01wt％-1.5wt％的Mn、0.01wt％-1.5wt％的Fe、0.001wt％-0.3wt％的Cr、0.001wt％-0.2wt％的Zr、0.001wt％-0.5wt％的Mg、0.001wt％-0.8wt％的Ti、0.0005wt％-0.3wt％的B和0.0001wt％-0.1wt％的Re中的至少一种。铜和锌的作用及配比：Zn固溶在Cu中，形成单相α固溶体，起到固溶强化的作用，构成合金组织的基体。Zn含量低于38％都可以形成α固溶体，但铜锌之间需要满足一定关系，当铜锌原子比＜2.3，铜锌质量比([Cu]/3+1)/([Zn]+5)＜0.68时，由于固溶进铜的锌过多，导致基体导电率和弹性模量偏低，高温耐久性急剧下降，无法满足使用中对电流传输、信号传输、单位时间温度升高量、夹持力、耐久性等要求。当铜锌原子比Cu/Zn＞15.8，质量比([Cu]/3+1)/([Zn]+5)＞2.88时固溶引起的晶格畸变少，导致钴硅化合物固溶于晶格形成的固溶体的稳定效果不好，需要较高的温度快速冷却才能形成钴硅化合物的饱和固溶体，而黄铜在高温下氧化脱锌很严重，不能满足生产需求。本专利技术通过控制铜锌的比例和范围，使钴硅化合物在600℃时仍然还有较高固溶度，此时直接进行在线水冷固溶即可形成饱和固溶体，满足进一步时效析出的条件，扩展了工艺区间，在固溶工序时无需通过二次固溶或极速冷却，如CN104232987A中所述的在热轧后需要用液氮进行急速冷却，大大降低了资源消耗和生产成本。优选铜锌原子比Cu/Zn为2.4-15，质量比0.69≤([Cu]/3+1)/([Zn]+5)≤2.76从质量分数上优选Cu的质量分数在81％-92％。钴和硅的作用及配比：单独添加Co元素时，其固溶于基体中，通过固溶强化的作用提高材料的强度。Si的锌当量系数为10，添加一个单位的Si相当于添加10个单位的锌，缩小α相区，扩大β相区，通过固溶强化及促进较硬的β相形成提高材料强度。但两者单独添加都会降低材料的导电率和弹性模量，不能起到改善材料弹性耐久性的作用。Co和Si同时添加，可以形成钴硅金属间化合物，通过固溶时效工艺，化合物析出，弥散分布在基体上，将本身要固溶进基体相降低导电率的Co和Si排除在基体之外，提高了材料的导电率。弥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钴硅的铜合金，其特征在于包括下述重量组成：其中铜、锌两种元素之和大于95wt%，不可避免的杂质含量小于0.2%。

【技术特征摘要】
1.一种含钴硅的铜合金，其特征在于包括下述重量组成：其中铜、锌两种元素之和大于95wt％，不可避免的杂质含量小于0.2％；所述铜和锌的原子比Cu/Zn为2.3-15.8，所述铜与锌的质量分数满足0.65≤([Cu]/3+1)/([Zn]+5)≤3.5；该铜合金含有铜锌α固溶体的基体相和CoxSiy析出相；所述CoxSiy析出相弥散分布在所述基体相上；所述基体相的面积百分比≥95％，所述CoxSiy析出相的面积比为0.01％-5％。2.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于所述CoxSiy析出相中粒径在10-200nm之间的数量占比≥90％，粒径在200nm以上的≤10％。3.根据权利要求2所述的铜合金，其特征在于该铜合金的屈服强度/抗拉强度≥85％；100℃、1000H、50％屈服强度初始应力条件下的应力松弛率≤15％。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的铜合金，其特征在于该铜合金还含有0.01-3.5wt％的Sn元素、0.01％-4.0wt％的Al和0.01％-3wt％的Ni中的至少一种。5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的铜合金，其特征在于该铜合金还含有0.01％-0.35wt％的P。6.根据权利要求5所述的铜合金，其特征在于该铜合金还含有ComPn析出相，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建刚，马骏，赵红彬，孟祥鹏，徐睿达，
申请(专利权)人：宁波博威合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33