含钴、镍和硅的铜合金制造技术

一种具有改善的屈服强度与导电性组合的铜合金，基本组成为（以重量计）：１－２．５％镍，０．５－２．０％钴，镍与钴总含量为１．７－４．３％，０．５－１．５％硅，（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉ之比值３．５－６，余者为铜和不可避免的杂质，其中，所述锻造铜合金的导电率超过４０％ＩＡＣＳ。通过进一步含有最多１％的银，能够进一步改善屈服强度与导电性的组合以及增加应力松弛抗力。一种制造本发明专利技术合金以及其它铜镍硅合金的方法，顺序包括如下步骤：（ａ）．铸造（１０）铜合金；（ｂ）．热加工（１２）所述铸造铜基合金，第一次减小横截面积；（ｃ）．固溶处理（１４）所述铸造铜基合金，控制处理温度和时间，以便有效基本形成单相合金；（ｄ）．对合金实施第一次时效退火（１８），控制退火温度和时间可有效析出一定量的第二相，从而有效形成具有硅化物的多相合金；（ｅ）．冷加工（２０）所述多相合金，第二次减小横截面积；以及（ｆ）．对所述多相合金进行第二次时效退火（２２），退火温度和时间使得有效析出附加的硅化物，从而提高导电性，其中，第二次时效退火温度低于第一次时效退火温度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是2003年7月1日提出的申请号为03817432.4(PCT/US2003/020664)、专利技术名称为“含钴、镍和硅的铜合金”的专利技术专利申请的分案申请。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及铜合金以及所述合金的制造方法。特别是，在第一个实施方案中，本专利技术涉及具有可控添加量的钴、镍和硅的铜合金。在第二个实施方案中，本专利技术涉及具有可控添加量的钴、镍、硅和银的铜合金。本专利技术的合金特别适合于加工成电路接头(electricalconnector)、引线框和其它载流元件。本专利技术的第三个实施方案涉及本专利技术的铜合金以及其它含镍和硅的铜合金的加工方法。更特别是，该方法包括热加工铜镍硅合金，之后，实施多个退火步骤。2.现有技术简述市场需要金属合金具有如下性能的组合(1)良好的成型性；(2)高的强度；(3)较高的导电性，以及(4)良好的应力松弛抗力。这种性能组合对于加工成各种电路互连元件的部件特别重要，所述电路互联元件用于under-the-hood汽车连接器、多媒体(例如计算机和消费电子产品(consumer electronics))的电路接头、接线端子用途、薄膜、线材和粉末以及其他产品。一些商用铜合金可用于这些场合，但是缺少所要求的性能组合。所述第一种性能，成型性，典型地采用弯曲试验评价。具有特定尺寸和状态(temper)的铜合金带材围绕已知半径的心轴弯曲90°。之后，将最小弯曲半径(mbr)与带材厚度(t)的关系表示为mbr/t。最小弯曲半径是在15x的放大倍数下带材上无可见裂纹时可以弯曲的心轴的最小半径。一般地，mbr/t报道以下两种情况，一种是定义弯曲轴与轧制方向垂直时的好路径弯曲结果，另一种是定义弯曲轴与轧制方向平行时的差路径弯曲结果。当好路径弯曲和差路径弯曲时均具有不超过4t的mbr/t时，可认为具有良好的成型性。更优选mbr/t不超过2。所述第二种性能-适当的导电性典型地被认为导电性超过40％IACS。更优选导电性超过50％IACS。IACS指的是国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard)，它将“纯”铜在20℃时的导电性定义为100％IACS。整个本专利申请中，除非另有说明，所有的电学和机械试验均在名义温度为20℃的室温下进行。限定性术语“大约”指的是不要求精确度，并且应该解释为所述值的±10％。所述第三种性能-高强度被认为是高于655.1MPa(95ksi)，优选高于758.5MPa(110ksi)的屈服强度。随着加工成元件的铜的尺寸减小并且随着所述元件继续小型化，对于给定状态(temper)而言，强度与导电性的组合将比单独的强度或者导电性更加重要。所述第四种性能-良好的应力松弛抗力被认为是在试样暴露在150℃下3000小时之后所施加应力仍保持至少70％，以及在试样暴露在105℃下1000小时之后所施加应力仍保持至少90％。应力松弛可以采用ASTM(American Society for Testing andMaterials)标准E328-86中介绍的lift-off方法进行测量。该试验测量的是铜合金试样保持固定应变下最高达3000小时的应力减小。该技术在于约束悬臂梁的自由端发生固定偏移，并且测量由悬臂梁施加的作用于约束部位的载荷与时间和温度的关系。这一点通过将悬臂梁试样固定在专门设计的试验台架上来完成。标准实验条件是在悬臂梁上施加相当于80％室温0.2％条件屈服强度的载荷。如果偏移量的计算值超过约5.08mm(0.2英寸)，则减小初始应力直至偏移低于5.08mm(0.2英寸)并且重新计算载荷。试验步骤是在悬臂梁上施加计算载荷值，调整试验台架上的螺纹螺杆以维持偏移量，并且用螺母将螺纹螺杆锁定在位置上。将悬臂梁从螺纹螺杆升起所需要的载荷即是初始载荷。试验台架置于已设定在要求实验温度的炉内。将试验台架周期性移开，使其冷却至室温，并且测量将悬臂梁从螺纹螺杆升起所需要的载荷。计算选定对数时间时残留的应力百分数，并且，以残留应力为纵坐标(竖直坐标)，对数时间为横坐标(水平坐标)，将数据绘制在半对数坐标纸上。采用线性回归技术将数据拟合成直线。采用内插和外推获得1,1000,3000和100,000小时时的应力残留值。应力松弛抗力具有取向敏感性，而且，可给出纵向(L)方向的应力松弛抗力，其中对长度尺寸沿带材轧制方向的试样进行0°试验，试样的偏移与带材轧制方向平行。可给出横向(T)方向的应力松弛抗力，其中对长度尺寸垂直带材轧制方向的试样进行90°试验，试样的偏移与带材轧制方向垂直。一组通常用于电路接头的市售铜合金是铜镍硅合金。该合金是析出硬化型，通过析出镍的硅化物作为第二相来获得高强度。称为铜合金C7025的一种铜镍硅合金的组成为2.2％-4.2％镍，0.25％-1.2％硅，0.05％-0.30％镁，余者是铜。合金的命名根据的是Copper DevelopmentAssociation(CDA)(New York，NY)。在美国专利4,594,221和4,728,372中对铜合金C7025进行了更详细描述。美国专利No.6,506,269公开了具有控制添加量的镍、钴、硅和镁或磷两者之一的铜合金。该专利介绍采用高温方法或者低温方法处理铜合金。高温方法获得的性能达不到上述强度和导电性的目标组合。当采用高温方法处理时，据报道示例性合金1的导电性为51.9％IACS，抗拉强度为709MPa(102.9ksi)。当采用低温方法处理时，示例性合金1的导电性为51.5％IACS，抗拉强度为905MPa(131.3ksi)。但是，低温方法对铜合金实施过量的冷加工，预计这会导致成型性变差和应力松弛抗力下降。铜合金C7027的组成为0.28％-1.0％铁、1.0％-3.0％镍、0.10％-1.0％锡、0.20％-1.0％硅，余者为铜。在美国专利6,251,199中对铜合金C7027进行了更详细介绍。日本Kokai Hei 11(1999)-222,641中公开了具有控制添加量的镍、硅、镁和锡的铜合金。任选添加成分包括钴和银。可析出硬化的铜合金的电学和机械性能受铜合金制备方法的强烈影响。在美国专利5,124,124中公开了一种制备铜镍硅铟锡合金的方法，该方法包括连铸、固溶处理、淬火、冷轧、析出退火的加工顺序。在美国专利5,147,469中公开了一种制备铜钴磷合金的不同方法，该合金可以任选含有的镍和硅之和不高于0.5％。该方法包括如下加工步骤铸造、热轧、淬火、冷轧、固溶处理、淬火、析出退火、淬火、冷轧、退火和淬火。仍然需要具有改善的性能组合的铜合金以及所述铜合金的制备方法，以便满足汽车和多媒体工业的需要，以及小型化对强度和导电性提出更严格要求的其它场合的需要。专利技术概述本专利技术的第一个方面在于一种锻造(wrought)铜合金，其基本组成为(以重量计)1-2.5％镍，0.5-2.0％钴，而且，镍与钴总含量为1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)∶Si之比值2∶1-7∶1，余者为铜和不可避免的杂质。该锻造铜合金的导电率超过40％IACS。本专利技术的第二个方面涉及还含有最多1％的银、钛、锆以及它们的混合物的上述锻造铜合金。本专利技术的第三个方面在于一种制备具有高导电性、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造铜基合金的方法，其特征在于，该方法顺序包括如下步骤：（ａ）．铸造（１０）所述含有，以重量计，０．５－５．０％镍和０．１－１．５％硅的铜基合金；（ｂ）．热加工（１２）所述铸造铜基合金，第一次减小横截面积；（ｃ）．在固溶处理温度下固溶处理（１４）所述铸造铜基合金，时间为第一种时间，以有效地基本形成单相合金；（ｄ）．在所述固溶处理之后不插入任何中间冷加工，在第一次时效退火温度下，对所述基本上单相合金实施第一次时效退火（１８），时间为第二种时间，以有效析出第二相；（ｅ）．冷加工（２０）所述多相合金，第二次减小横截面积；以及（ｆ）．在第二次时效退火温度下，对所述多相合金进行第二次时效退火（２３），时间为第三种时间，以便有效析出附加量的所述第二相，其中，所述第二次时效退火温度低于所述第一次时效退火温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FN曼蒂格，PW罗宾逊，DE泰勒，A博格尔，HA库恩，FM凯佩勒，J西格尔，
申请(专利权)人：奥林公司，维兰德工厂股份公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]