一种环保型导电弹性铜合金及其制备方法和在连接器中的应用技术

本发明专利技术属于有色金属加工技术领域，提供了一种环保型导电弹性铜合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的铜合金包括以下含量的化学成分：Ni2.0~4.3%，Si0.5~0.85%，Mn0.05~0.4%，Mg0.01~0.2%，稀土元素0.01~1.0%，其余为Cu。本发明专利技术提供的铜合金在具有超高强度的同时能保持高导电性，具有耐高温、抗应力松弛、耐复杂环境腐蚀、高弹性的特点，成形性能优异、可靠性高，能满足不同应用场景下连接器的使用需求，是一种新一代连接器用合金材料。本发明专利技术通过熔炼、铸造、热轧、初轧、中间退火、中轧、快速固溶处理、精轧和时效处理制备铜合金，能有效控制铜合金的微观组织，保证铜合金的各方面性能。

【技术实现步骤摘要】
一种环保型导电弹性铜合金及其制备方法和在连接器中的应用
本专利技术涉及有色金属加工
，尤其涉及一种环保型导电弹性铜合金及其制备方法和在连接器中的应用。
技术介绍
连接器作为电流或信号连接的关键元件，是工业体系的重要组成部分，广泛地应用于军工、通讯、汽车、电子等领域，其中高性能铜合金材料是连接器实现其功能的关键原材料。随着5G通讯、移动终端、人工智能、航空航天等重要领域的快速发展，连接器技术主要向着微小型化、集成化、智能化、高性能化及使用人性化方向发展，这就要求连接器的尺寸不仅更加小型化，而且要求性能向着高频化、高功率大电流、低阻抗低温升、耐极限环境、使用可靠性及绿色环保方向发展。对铜合金材料的性能也提出了更加苛刻的要求，不仅要求具有高的屈服强度（＞900MPa）、高的弹性性能（＞125GPa）、优良的导电性能（＞30%IACS）、长时耐高温抗应力松弛性能（150℃保温1000小时应力松弛率小于20%），而且还要求优良的弯曲成形性能（横向纵向在R/T=3时，折弯90度不出现任何缺陷）。目前常规连接器用超高强弹性铜合金材料主要有铍青铜和锡磷青铜两大类。其中铍青铜是目前国内外高可靠性连接器使用的主要铜合金弹性材料，但由于铍青铜合金含剧毒物质铍且在高于150℃环境下应力松弛率急剧增大，极易导致弹性元器件在工作状态下的接触压力发生改变，致使连接器工作失效。另外，由于锡磷青铜合金属于加工硬化型合金，合金在弯曲成形、高温抗应力松弛和导电性能方面均较差，无法满足高端连接器的使用需求。铜钛、铜镍锡合金具有与铍青铜相媲美的高强度、弹性等性能及更优越的加工成形性能、耐腐蚀性能和耐高温应力松弛性能，以上两种合金相继被美国、日本等国家研究开发并产业化，典型牌号分别为C19900、NKT322和C72700、C72900等，前者具有更加优异的弯曲成形性能，满足更加小型化结构连接器使用需求，后者具有更加优异的耐腐蚀性能，满足耐腐蚀环境连接器的使用需求，分别应用于航空航天、通讯、移动终端等重要领域，但由于导电率不足，无法满足功能端子连接器材料的使用需求，而新一代的高强导电材料为Cu-Ni-Co-Si系合金，其产业化生产的屈服强度为800~850MPa，强度还有待提高，同时Cu-Ni-Co-Si系合金的折弯性能也较差。因此，开发新一代具有超高强、抗应力松弛、成形性能优异、高可靠性的环保型导电弹性铜合金，满足不同应用场景下连接器的使用需求，是解决我国重点行业和重大工程需求的重要举措。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种环保型导电弹性铜合金及其制备方法和在连接器中的应用。本专利技术提供的环保型导电弹性铜合金具有超高强、抗应力松弛、弹性好、导电性高的特点，成形性能优异、可靠性高，且不含有毒元素，环保性好，能够满足不同应用场景下连接器的使用需求，是一种新一代连接器用铜合金材料。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种环保型导电弹性铜合金，包括以下质量百分含量的化学成分：Ni：2.0~4.3%，Si：0.5~0.85%，Mn：0.05~0.4%，Mg：0.01~0.2%，稀土元素0.01~1.0%，余量为Cu；所述铜合金中镍元素和硅元素的质量比为(4.8~5.5):1。优选的，所述铜合金的纵向和横向截面上有棒状和/或圆盘状的Ni2Si相，所述棒状和/或圆盘状的Ni2Si相的平均粒径独立地为6~20nm。优选的，所述铜合金中的S{123}<634>织构占7~25%，Brass{011}<211>织构占14~40%，Cu{112}<111>织构占10~28%，Cube{001}<100>织构占20~35%。优选的，所述铜合金中还包括辅助元素；所述辅助元素为Co、Fe、Cr、Sn、Ti、Ag、Zr和Zn中的一种或多种；所述辅助元素的质量百分含量独立地为0.01~1.0%。本专利技术还提供了上述方案所述环保型导电弹性铜合金的制备方法，包括以下步骤：（1）将铜合金原料进行熔炼和铸造，得到铸锭；（2）将所述铸锭依次进行热轧、初轧、中间退火处理、中轧、快速固溶处理、精轧和时效处理，得到环保型导电弹性铜合金。优选的，所述熔炼在非真空感应炉中进行，所述熔炼的温度为1230~1270℃；所述铸造的温度为1120~1180℃。优选的，所述热轧的开轧温度为920~960℃，终轧温度为760~820℃；所述初轧为冷轧，加工率为60~80%；所述中间退火处理的退火温度为500~600℃，保温时间为5~8h，冷却方式为气体冷却，所述气体冷却所用气的为氢气和氮气的混合气；所述中轧为冷轧，加工率为50~80%；所述快速固溶处理的温度为920~1020℃，退火速度为10~20m/min，冷却速度为60~80℃/s，冷却方式为气体冷却，所述气体冷却所用气体为氢气和氮气的混合气；所述精轧为冷轧，加工率为30~60%；所述时效处理的时效温度为450~600℃，保温时间为1~6h，冷却方式为气体冷却，所述气体冷却所用的气体为氢气和氮气的混合气。优选的，所述热轧后还包括将热轧后的合金坯进行铣面。本专利技术还提供了上述方案所述的环保型导电弹性铜合金或上述方案所述制备方法制备的环保型导电弹性铜合金在连接器中的应用。本专利技术提供了一种环保型导电弹性铜合金，包括以下质量百分含量的化学成分：Ni：2.0~4.3%，Si：0.5~0.85%，Mn：0.05~0.4%，Mg：0.01~0.2%，稀土元素0.01~1.0%，余量为Cu。本专利技术通过对铜合金成分的设计与优化及微观组织的调控，获得一种组织细小均匀、析出相弥散分布的高强度铜镍硅锰镁系合金材料，该合金材料在具有超高强度的同时能保持较高导电性能，且具有抗应力松弛性好、弹性好的特点，成形性能优异、可靠性高；此外，本专利技术提供的环保型导电弹性铜合金还具有优异的耐高温和耐复杂环境腐蚀的性能。本专利技术提供的环保型导电弹性铜合金屈服强度为800~1050MPa，导电率为30~45%IACS，硬度为220~375HV，150℃×1000h的应力松弛率为12~18%，横向纵向在R/T=3时，折弯90°不出现任何缺陷，具有较好的综合性能，能够满足不同应用场景下连接器的使用需求。本专利技术还提供了上述方案所述环保型导电弹性铜合金的制备方法，本专利技术通过熔炼、铸造、热轧、初轧、中间退火、中轧、快速固溶处理、精轧和时效处理制备得到本专利技术的铜合金。本专利技术提供的制备方法能够有效控制铜合金的微观组织，保证铜合金的各方面性能，得到综合性能优异的铜合金材料。附图说明图1为本专利技术实施例6所得环保型导电弹性铜合金纵向截面的金相图。具体实施方式本专利技术提供了一种环保型导电弹性铜合金，包括以下质量百分含量的化学成分：Ni：2.0~4.3%，Si：0.5~0.85%，Mn：0.05~0.4%，Mg：0.01~0.2%，0.01~1.0%，余量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保型导电弹性铜合金，包括以下质量百分含量的化学成分：Ni：2.0~4.3%，Si：0.5~0.85%，Mn：0.05~0.4%，Mg：0.01~0.2%，稀土元素：0.01~1.0%，余量为Cu；所述铜合金中镍元素和硅元素的质量比为(4.8~5.5):1。/n

【技术特征摘要】
1.一种环保型导电弹性铜合金，包括以下质量百分含量的化学成分：Ni：2.0~4.3%，Si：0.5~0.85%，Mn：0.05~0.4%，Mg：0.01~0.2%，稀土元素：0.01~1.0%，余量为Cu；所述铜合金中镍元素和硅元素的质量比为(4.8~5.5):1。


2.根据权利要求1所述的环保型导电弹性铜合金，其特征在于，所述铜合金的纵向和横向截面上有棒状和/或圆盘状的Ni2Si相，所述棒状和/或圆盘状的Ni2Si相的平均粒径独立地为6~20nm。


3.根据权利要求1所述的环保型导电弹性铜合金，其特征在于，所述铜合金中的S{123}<634>织构占7~25%，Brass{011}<211>织构占14~40%，Cu{112}<111>织构占10~28%，Cube{001}<100>织构占20~35%。


4.根据权利要求1所述的环保型导电弹性铜合金，其特征在于，所述铜合金中还包括辅助元素；所述辅助元素为Co、Fe、Cr、Sn、Ti、Ag、Zr和Zn中的一种或多种；所述辅助元素的质量百分含量独立地为0.01~1.0%。


5.权利要求1~4任意一项所述环保型导电弹性铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜合金原料进行熔炼和铸造，得到铸锭；
（2）将所述铸锭依次进行热轧、初轧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，杨振，马吉苗，雷伏庆，蒋志晶，陈军，郑芸，王平，刘宁，
申请(专利权)人：宁波兴业盛泰集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33