一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu-Ni-Si-X合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu

【技术实现步骤摘要】
一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金制备
，尤其涉及一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜及其合金由于具有高的导电、导热性能、高抗腐蚀性、易加工性及良好的力学性能，广泛应用于机械制造、交通运输、电气电子、航空航天和海洋工程等领域，是国民经济和科技发展的重要基础材料。其中的高强高导铜合金由于兼具高强度、高硬度、高弹性以及高导电与导热性等特征，是集成电路、网络通讯、高速轨道交通、航空航天、精密仪器及军事工业等产业发展的关键支撑材料。
[0003]对于金属材料而言，强度和导电率是一对矛盾体，即强度的增加往往以牺牲导电率为代价，反之亦然。因此，如何有效协调强度和导电率之间的矛盾是开发高强高导铜合金的关键。
[0004]合金化是提高合金力学性能，制备高强高导铜合金的主要方式。其中，时效强化是使合金获得高强度的同时保持高导电率的有效手段。通过时效处理使固溶的合金元素析出并形成弥散分布的时效强化相，通过其强化作用可以显著提高合金强度，同时，时效强化相的析出可以克服合金元素固溶到铜合金基体中后对导电率产生的不利影响，进而有效改善合金的导电性能。因此，高强高导铜合金大多为时效强化型合金，如Cu
‑
Cr
‑
Zr、Cu
‑
Ni/>‑
Si、Cu
‑
Fe
‑
P及Cu
‑
Ni
‑
Sn等。
[0005]近年来，随着大规模集成电路、5G通讯等产业的不断发展，对高强高导铜合金的综合性能要求越来越高。如随着大规模集成电路集成度的提高，其所需端子数不断增加，对合金的导电性和导热性能提出了更高要求。同时，随着端子数增加，集成电路的引线宽度和间距进一步缩小，引线厚度进一步减薄，对集成电路引线框架用铜合金强度也提出了更高要求。又比如，5G通讯基站由于会产生更多的热量，因此要求所用铜合金具备更好的导热能力和更高的抗高温软化能力。
[0006]因此，开发一款新的具备更加优良综合性能的高强高导铜合金对于铜合金产业的发展将具有积极的意义，也能为相关下游产业的发展提供更有力支撑。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金，所述合金能够在凝固过程和轧制过程中形成亚微米至微米级Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物颗粒，同时，固溶与时效热处理后析出纳米级时效强化相，其时效强化相主要包含有Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物，以及Ni
‑
Si二元金属间化合物。基于微米级Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物颗粒以及时效析出Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物和Ni
‑
Si二元金属间化合物的协同作用，制备的Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金具备优良的综合性能，其中抗拉强度达到450～1150MPa，导电率达到25％
‑
85％IACS，
高温抗软化能力大于450℃。
[0008]本专利技术所述微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金包括以下重量百分比的元素：
[0009]Ni0.5％～10.00％，Si0.01％～4.00％，X0.01％～5.00％，其余为Cu和不可避免的杂质；
[0010]所述X为Ti、Zr、V、Nb、Cr和Hf元素中的一种或几种。
[0011]本专利技术不限制Ni、Si、X、Cu的来源，但优选的，采用纯Cu、纯Ni、纯Si、纯Ti为原料进行所述合金的制备。
[0012]本专利技术还提供了所述微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的制备工艺，具体包括以下步骤：
[0013]S1、原料准备：按质量百分比称取制原料；
[0014]S2、铸态Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的制备：将纯铜置于熔炼炉中熔炼，形成铜基熔体，然后加入其他原料，形成Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金熔体，保温后浇注得到铸态Cu
‑
A
‑
M
‑
Si
‑
X合金；
[0015]S3、Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的热处理：对所述铸态Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金进行热处理，使其基体中时效析出强化相，得到微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金。
[0016]进一步地，所述熔炼温度为1150℃～1250℃，本专利技术不限定熔炼条件，可在实际制备过程中根据需要采取真空熔炼、或者加覆盖剂，或者充惰性气体等方式对熔体加以保护。
[0017]进一步地，金属熔体保温后进行熔体净化处理。
[0018]进一步地，所述固溶与时效热处理在合金变形之前或变形中间或变形之后进行。
[0019]进一步地，所述合金变形工艺为轧制、拉拔中的一种或两种。
[0020]进一步地，在所述合金变形之前对合金进行均匀化退火处理，所述退火温度为850℃～1000℃，保温时间为4～8h。
[0021]进一步地，所述热处理为固溶处理和时效处理中的一种或两种。
[0022]进一步地，所述固溶处理温度为850℃～950℃，保温时间为2～4h。
[0023]进一步地，所述时效温处理度为425℃
‑
525℃，保温时间为0.5～6h。
[0024]本专利技术所述Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金在凝固过程和轧制过程中能够形成亚微米至微米级Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物颗粒。同时，固溶与时效热处理后能够析出纳米级时效强化相，所述时效强化相主要为Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物以及Ni
‑
Si二元金属间化合物。所述Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金中微米级Ni
‑
Si
‑
X金属间化合物颗粒以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金，其特征在于，包括以下重量百分比的元素：Ni0.5％～10.00％，Si0.01％～4.00％，X0.01％～5.00％，其余为Cu和不可避免的杂质；所述X为Ti、Zr、V、Nb、Cr和Hf元素中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、原料准备：按质量百分比称取制原料；S2、铸态Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的制备：将纯铜置于熔炼炉中熔炼，形成铜基熔体，然后加入其他原料，形成Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金熔体，保温后浇注得到铸态Cu
‑
A
‑
M
‑
Si
‑
X合金；S3、Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的热处理：对所述铸态Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金进行热处理，得到微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金。3.根据权利要求2所述的微纳颗粒混杂增强高强高导Cu
‑
Ni
‑
Si
‑
X合金的制备工艺，其特征在于，所述熔炼温度为1150℃～1250℃。4.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海民，柳青，张潇，祁复功，孔祥广，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：