專利名稱：含鈷、鎳和硅的銅合金的制作方法
本申請(qǐng)是2003年7月1日提出的申請(qǐng)?zhí)枮?3817432.4(PCT/US2003/020664)、發(fā)明名稱為“含鈷、鎳和硅的銅合金”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及銅合金以及所述合金的制造方法。特別是，在第一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及具有可控添加量的鈷、鎳和硅的銅合金。在第二個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及具有可控添加量的鈷、鎳、硅和銀的銅合金。本發(fā)明的合金特別適合于加工成電路接頭(electricalconnector)、引線框和其它載流元件。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方案涉及本發(fā)明的銅合金以及其它含鎳和硅的銅合金的加工方法。更特別是，該方法包括熱加工銅鎳硅合金，之后，實(shí)施多個(gè)退火步驟。
2.現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)述市場(chǎng)需要金屬合金具有如下性能的組合(1)良好的成型性；(2)高的強(qiáng)度；(3)較高的導(dǎo)電性，以及(4)良好的應(yīng)力松弛抗力。這種性能組合對(duì)于加工成各種電路互連元件的部件特別重要，所述電路互聯(lián)元件用于under-the-hood汽車(chē)連接器、多媒體(例如計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品(consumer electronics))的電路接頭、接線端子用途、薄膜、線材和粉末以及其他產(chǎn)品。一些商用銅合金可用于這些場(chǎng)合，但是缺少所要求的性能組合。
所述第一種性能，成型性，典型地采用彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)。具有特定尺寸和狀態(tài)(temper)的銅合金帶材圍繞已知半徑的心軸彎曲90°。之后，將最小彎曲半徑(mbr)與帶材厚度(t)的關(guān)系表示為mbr/t。最小彎曲半徑是在15x的放大倍數(shù)下帶材上無(wú)可見(jiàn)裂紋時(shí)可以彎曲的心軸的最小半徑。一般地，mbr/t報(bào)道以下兩種情況，一種是定義彎曲軸與軋制方向垂直時(shí)的好路徑彎曲結(jié)果，另一種是定義彎曲軸與軋制方向平行時(shí)的差路徑彎曲結(jié)果。當(dāng)好路徑彎曲和差路徑彎曲時(shí)均具有不超過(guò)4t的mbr/t時(shí)，可認(rèn)為具有良好的成型性。更優(yōu)選mbr/t不超過(guò)2。
所述第二種性能-適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性典型地被認(rèn)為導(dǎo)電性超過(guò)40％IACS。更優(yōu)選導(dǎo)電性超過(guò)50％IACS。IACS指的是國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)(International Annealed Copper Standard)，它將“純”銅在20℃時(shí)的導(dǎo)電性定義為100％IACS。整個(gè)本專利申請(qǐng)中，除非另有說(shuō)明，所有的電學(xué)和機(jī)械試驗(yàn)均在名義溫度為20℃的室溫下進(jìn)行。限定性術(shù)語(yǔ)“大約”指的是不要求精確度，并且應(yīng)該解釋為所述值的±10％。
所述第三種性能-高強(qiáng)度被認(rèn)為是高于655.1MPa(95ksi)，優(yōu)選高于758.5MPa(110ksi)的屈服強(qiáng)度。隨著加工成元件的銅的尺寸減小并且隨著所述元件繼續(xù)小型化，對(duì)于給定狀態(tài)(temper)而言，強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合將比單獨(dú)的強(qiáng)度或者導(dǎo)電性更加重要。
所述第四種性能-良好的應(yīng)力松弛抗力被認(rèn)為是在試樣暴露在150℃下3000小時(shí)之后所施加應(yīng)力仍保持至少70％，以及在試樣暴露在105℃下1000小時(shí)之后所施加應(yīng)力仍保持至少90％。
應(yīng)力松弛可以采用ASTM(American Society for Testing andMaterials)標(biāo)準(zhǔn)E328-86中介紹的lift-off方法進(jìn)行測(cè)量。該試驗(yàn)測(cè)量的是銅合金試樣保持固定應(yīng)變下最高達(dá)3000小時(shí)的應(yīng)力減小。該技術(shù)在于約束懸臂梁的自由端發(fā)生固定偏移，并且測(cè)量由懸臂梁施加的作用于約束部位的載荷與時(shí)間和溫度的關(guān)系。這一點(diǎn)通過(guò)將懸臂梁試樣固定在專門(mén)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)架上來(lái)完成。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件是在懸臂梁上施加相當(dāng)于80％室溫0.2％條件屈服強(qiáng)度的載荷。如果偏移量的計(jì)算值超過(guò)約5.08mm(0.2英寸)，則減小初始應(yīng)力直至偏移低于5.08mm(0.2英寸)并且重新計(jì)算載荷。試驗(yàn)步驟是在懸臂梁上施加計(jì)算載荷值，調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)架上的螺紋螺桿以維持偏移量，并且用螺母將螺紋螺桿鎖定在位置上。將懸臂梁從螺紋螺桿升起所需要的載荷即是初始載荷。試驗(yàn)臺(tái)架置于已設(shè)定在要求實(shí)驗(yàn)溫度的爐內(nèi)。將試驗(yàn)臺(tái)架周期性移開(kāi)，使其冷卻至室溫，并且測(cè)量將懸臂梁從螺紋螺桿升起所需要的載荷。計(jì)算選定對(duì)數(shù)時(shí)間時(shí)殘留的應(yīng)力百分?jǐn)?shù)，并且，以殘留應(yīng)力為縱坐標(biāo)(豎直坐標(biāo))，對(duì)數(shù)時(shí)間為橫坐標(biāo)(水平坐標(biāo))，將數(shù)據(jù)繪制在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。采用線性回歸技術(shù)將數(shù)據(jù)擬合成直線。采用內(nèi)插和外推獲得1,1000,3000和100,000小時(shí)時(shí)的應(yīng)力殘留值。
應(yīng)力松弛抗力具有取向敏感性，而且，可給出縱向(L)方向的應(yīng)力松弛抗力，其中對(duì)長(zhǎng)度尺寸沿帶材軋制方向的試樣進(jìn)行0°試驗(yàn)，試樣的偏移與帶材軋制方向平行。可給出橫向(T)方向的應(yīng)力松弛抗力，其中對(duì)長(zhǎng)度尺寸垂直帶材軋制方向的試樣進(jìn)行90°試驗(yàn)，試樣的偏移與帶材軋制方向垂直。
一組通常用于電路接頭的市售銅合金是銅鎳硅合金。該合金是析出硬化型，通過(guò)析出鎳的硅化物作為第二相來(lái)獲得高強(qiáng)度。稱為銅合金C7025的一種銅鎳硅合金的組成為2.2％-4.2％鎳，0.25％-1.2％硅，0.05％-0.30％鎂，余者是銅。合金的命名根據(jù)的是Copper DevelopmentAssociation(CDA)(New York，NY)。在美國(guó)專利4,594,221和4,728,372中對(duì)銅合金C7025進(jìn)行了更詳細(xì)描述。
美國(guó)專利No.6,506,269公開(kāi)了具有控制添加量的鎳、鈷、硅和鎂或磷兩者之一的銅合金。該專利介紹采用高溫方法或者低溫方法處理銅合金。高溫方法獲得的性能達(dá)不到上述強(qiáng)度和導(dǎo)電性的目標(biāo)組合。當(dāng)采用高溫方法處理時(shí)，據(jù)報(bào)道示例性合金1的導(dǎo)電性為51.9％IACS，抗拉強(qiáng)度為709MPa(102.9ksi)。當(dāng)采用低溫方法處理時(shí)，示例性合金1的導(dǎo)電性為51.5％IACS，抗拉強(qiáng)度為905MPa(131.3ksi)。但是，低溫方法對(duì)銅合金實(shí)施過(guò)量的冷加工，預(yù)計(jì)這會(huì)導(dǎo)致成型性變差和應(yīng)力松弛抗力下降。
銅合金C7027的組成為0.28％-1.0％鐵、1.0％-3.0％鎳、0.10％-1.0％錫、0.20％-1.0％硅，余者為銅。在美國(guó)專利6,251,199中對(duì)銅合金C7027進(jìn)行了更詳細(xì)介紹。
日本Kokai Hei 11(1999)-222,641中公開(kāi)了具有控制添加量的鎳、硅、鎂和錫的銅合金。任選添加成分包括鈷和銀。
可析出硬化的銅合金的電學(xué)和機(jī)械性能受銅合金制備方法的強(qiáng)烈影響。在美國(guó)專利5,124,124中公開(kāi)了一種制備銅鎳硅銦錫合金的方法，該方法包括連鑄、固溶處理、淬火、冷軋、析出退火的加工順序。
在美國(guó)專利5,147,469中公開(kāi)了一種制備銅鈷磷合金的不同方法，該合金可以任選含有的鎳和硅之和不高于0.5％。該方法包括如下加工步驟鑄造、熱軋、淬火、冷軋、固溶處理、淬火、析出退火、淬火、冷軋、退火和淬火。
仍然需要具有改善的性能組合的銅合金以及所述銅合金的制備方法，以便滿足汽車(chē)和多媒體工業(yè)的需要，以及小型化對(duì)強(qiáng)度和導(dǎo)電性提出更嚴(yán)格要求的其它場(chǎng)合的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明的第一個(gè)方面在于一種鍛造(wrought)銅合金，其基本組成為(以重量計(jì))1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，而且，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)∶Si之比值2∶1-7∶1，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。該鍛造銅合金的導(dǎo)電率超過(guò)40％IACS。
本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及還含有最多1％的銀、鈦、鋯以及它們的混合物的上述鍛造銅合金。
本發(fā)明的第三個(gè)方面在于一種制備具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度和良好成型性的組合的銅基合金的方法。該方法順序包括如下步驟(a).鑄造銅基合金；(b).熱加工鑄造的銅基合金，第一次減小橫截面積；(c).固溶處理鑄造的銅基合金，控制處理溫度和時(shí)間，以有效地基本形成單相合金；(d).固溶處理之后不插入任何冷加工，對(duì)單相合金實(shí)施第一次時(shí)效退火，控制退火溫度和時(shí)間，以便有效地析出一定量的第二相，從而有效形成具有硅化物的多相合金；(e).冷軋多相合金，第二次減小橫截面積；以及(f).對(duì)多相合金進(jìn)行第二次時(shí)效退火，控制退火溫度和時(shí)間，以便有效增加析出粒子的體積分?jǐn)?shù)，從而提高導(dǎo)電性，其中，第二次時(shí)效退火溫度低于第一次時(shí)效退火溫度。該方法適合于本發(fā)明第一個(gè)方面和第二個(gè)方面的銅合金以及所選擇的其他銅合金。
本發(fā)明的又一個(gè)方面在于一種適合于采用上述方法加工的第二種銅合金。該銅合金適合于加工成電路接頭，并且基本組成為(以重量計(jì))1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，而且，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)∶Si之比值2∶1-7∶1，從改善屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的有效量到最多1.0％的銀、鈦、鋯以及它們的混合物，最多0.15％的鎂，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)，其中，該鍛造銅合金的導(dǎo)電率超過(guò)40％IACS。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出了固溶溫度和鎳對(duì)鈷重量比之間的關(guān)系。
圖2以流程圖形式示出了制備本發(fā)明合金以及其它含銅鎳硅的合金的第一種方法。
圖3以流程圖形式示出了制備本發(fā)明合金的另一種可選方法。
圖4以橫截面形式示出了由本發(fā)明銅合金制造的電路接頭組合件。
圖5表明當(dāng)(Ni+Co)/Si為3.5-6.0時(shí)，導(dǎo)電率最高。
圖6說(shuō)明的是時(shí)效溫度對(duì)根據(jù)第一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法加工的本發(fā)明銅合金的導(dǎo)電率和屈服強(qiáng)度組合的影響。
圖7說(shuō)明的是時(shí)效溫度對(duì)根據(jù)第二個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法加工的本發(fā)明銅合金的導(dǎo)電率和屈服強(qiáng)度組合的影響。
圖8說(shuō)明的是時(shí)效溫度對(duì)根據(jù)第三個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法加工的本發(fā)明銅合金的導(dǎo)電率和屈服強(qiáng)度組合的影響。
圖9說(shuō)明的是第二次時(shí)效溫度對(duì)根據(jù)本發(fā)明方法加工的本發(fā)明銅合金的導(dǎo)電率和屈服強(qiáng)度組合的影響。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的銅合金是一種含有控制量的鎳、鈷和硅以及是控制比例的鎳與鈷的鍛造合金，而且，雜質(zhì)含量，特別是鋅、鉻、鎂、錫和磷的含量也是控制的。該銅合金的導(dǎo)電率高于40％IACS，它適合于加工成用于汽車(chē)和多媒體場(chǎng)合的電路接頭。
鎳和鈷鎳和鈷與硅結(jié)合，形成對(duì)時(shí)效硬化有效的硅化合物，抑止晶粒長(zhǎng)大和提高軟化抗力。鎳的存在量在1-2.5％。鎳的存在量低于1％時(shí)，合金強(qiáng)度不足。當(dāng)鎳含量高于2.5％時(shí)，導(dǎo)電性和熱加工性能下降。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，鎳含量為1.3-1.9％，在一個(gè)最優(yōu)選實(shí)施方案中，鎳合金量為1.3-1.5％。
鈷的存在量為0.5-2.5％，當(dāng)鈷含量低于0.5％時(shí)，不能充分析出含鈷的硅化物第二相。此外，當(dāng)0.5％的鈷最低含量與0.5％的硅最低含量結(jié)合時(shí)，固溶處理后合金的晶粒尺寸保持在20μm或更小。當(dāng)鈷含量高于2.5％時(shí)，會(huì)析出過(guò)多的第二相粒子，導(dǎo)致成型性能下降，而且，銅合金可能會(huì)產(chǎn)生不希望的鐵磁性能。優(yōu)選鈷含量為約0.5-1.5％，在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，鈷含量為0.7-1.2％。
在析出時(shí)效期間，據(jù)認(rèn)為鈷含量為1.0％或更高有利于連續(xù)析出，抑制胞狀析出。胞狀析出形成平行的富Cu和Ni2Si薄片的不規(guī)則排列，它們?cè)跁r(shí)效處理期間位于移動(dòng)晶界的后面。硅化物薄片通常太大，不能有效產(chǎn)生時(shí)效硬化，而且，銅元件發(fā)生再結(jié)晶或軟化。更優(yōu)選發(fā)生連續(xù)析出，產(chǎn)生共格/半共格的亞微米粒子，這有助于產(chǎn)生強(qiáng)烈的時(shí)效硬化效應(yīng)。
鎳與鈷組合的總量保持在1.7-4.3重量％，優(yōu)選該總量為2-4重量％，更優(yōu)選該總量為2.3-2.7重量％，在上述范圍之外時(shí)，難于加工合金獲得所要求的性能組合。
鎳與鈷重量比保持在(Ni∶Co)＝0.5∶1-5∶1，以便獲得所要求的性能組合。優(yōu)選存在稍過(guò)量的鎳，而且，鎳與鈷的重量比為1.01∶1-2.6∶1，最優(yōu)選鎳與鈷的重量比為1.05∶1-1.5∶1。
參照?qǐng)D1，展示含硅的銅合金中鎳與硅的相互作用，在固溶處理期間，由于當(dāng)鈷+硅等于2.5％(參照點(diǎn)2)時(shí)，銅鈷硅合金的溶解度曲線溫度較高，大于1050℃，因此，鈷的硅化物難于大量溶入銅中，類似地，當(dāng)鎳+硅等于4.0％(參照點(diǎn)4)時(shí)，銅鎳硅合金的溶解度溫度也較高，大于850℃。當(dāng)存在鎳與鈷的混合物時(shí)，鎳與鈷之比影響溶解度溫度。在鎳+鈷+硅的量等于3.0％的情況下，當(dāng)鎳與鈷的重量比為1∶1(參照點(diǎn)6)時(shí)，溶解度溫度為約1000℃。當(dāng)鎳與鈷的重量比為2∶1(參照點(diǎn)7)時(shí)，溶解度溫度為約915℃，當(dāng)鎳與鈷的重量比為4∶1(參照點(diǎn)8)時(shí)，溶解度溫度為約905℃，溶解度溫度較低的組成有利于鈷、鎳和硅固態(tài)溶解在銅中。
在合金按照下述已進(jìn)行處理，從而析出硅化物第二相之后，電子顯微分析證實(shí)存在約20nm(200埃)的第二相粒子，這意味著鎳直接置換了鈷，第二相粒子中的鎳鈷比與整體合金中的鎳鈷比大致相同。
硅當(dāng)存在硅化物形成元素鎳和鈷時(shí)，硅通過(guò)形式第二相硅化物來(lái)有效提高強(qiáng)度。當(dāng)硅含量低于0.5％時(shí)，不能形成提高強(qiáng)度所需足夠體積分?jǐn)?shù)的第二相，而且，難于控制固溶處理后的晶粒尺寸。當(dāng)硅含量高于1.5％時(shí)，形成過(guò)多的粗大粒子。優(yōu)選硅含量為0.5-0.8％，最優(yōu)選硅含量為0.55-0.65％。
當(dāng)(Ni+Co)∶Si的重量比為2∶1-7∶1時(shí)，本發(fā)明銅合金的導(dǎo)電性最高。更優(yōu)選(Ni+Co)∶Si的重量比為3∶1-6∶1，并且，最優(yōu)選為3.5∶1-6∶1。如果銅合金中合金元素鎳、鈷和硅的含量處于上述比值確定的范圍之外時(shí)，導(dǎo)電性下降。
銀、鈦和鋯少量添加，總量低于1％的銀、鈦、鋯以及這些合金的組合能夠改善屈服強(qiáng)度/導(dǎo)電性的組合。添加銀也能夠改善應(yīng)力松弛抗力。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案中，銅合金還含有最多1％的銀、鈦、鋯以及它們的組合。優(yōu)選這些元素的含量為0.2-0.7％。在優(yōu)選實(shí)施方案中，添加0.2-0.7％銀，0.15-0.3％鈦或者0.2-0.5％鋯中之一種。
其它元素本發(fā)明的銅合金可以含有其他非特定元素，但含量不會(huì)有效使合金的基本性能發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，并且仍處于后面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，該銅合金可能含有某些不可避免的雜質(zhì)。但是，對(duì)雜質(zhì)合金和非特定添加元素作如下限制鋅-鋅含量保持最高0.5％，優(yōu)選低于0.25％，當(dāng)鋅含量超過(guò)該最大值時(shí)，導(dǎo)電性下降。最優(yōu)選鋅最高含量低于0.1％。
鉻-鉻含量保持最高0.08％，當(dāng)鉻含量超過(guò)該最大值時(shí)，會(huì)增大形成粗大含鉻硅化物的可能性。優(yōu)選鉻含量低于0.02％。
錫-錫含量保持最高0.3％，優(yōu)選低于0.04％，當(dāng)錫含量超過(guò)該最大值時(shí)，導(dǎo)電性下降。最優(yōu)選錫最高含量低于0.02％。
磷-磷含量?jī)?yōu)選低于0.04％，當(dāng)磷含量超過(guò)該值時(shí)，可能會(huì)析出鈷的磷化物和鎳的磷化物，從而減少可用來(lái)形成硅化物的鈷和鎳的量。優(yōu)選磷含量低于0.02％。
也可以存在少而有效量的用于脫氧、脫硫和脫碳的元素。典型的，這些元素的存在量低于0.15％，優(yōu)選為0.005-0.04％。這類元素包括鎂、鈣和混合稀土合金(misch metal)。鎂也提高工藝中時(shí)效退火熱處理期間的應(yīng)力松弛抗力和軟化抗力，因而最優(yōu)選。
可以存在低于0.1％的其它任一種元素，所述元素總量不高于0.5％，這些元素包括鐵、錳、鋁、鉛、鉍、硫、碲、硒、鈹、砷、銻和硼。
雖然本公開(kāi)尤其涉及銅合金帶的制備方法，但是本發(fā)明的合金和本發(fā)明的方法同樣適合于制造其他銅合金產(chǎn)品，如箔、線、棒和管，另外，除傳統(tǒng)鑄造方法之外，諸如帶材鑄造、粉末冶金和噴涂鑄造等方法也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方案，將銅合金加工成帶材或其他有用形式，在銅熔體中添加適當(dāng)比例的合金組分的混合物。將熔融金屬澆注至適合直接激冷(DC)鑄造的模型中，并且鑄造10成鑄錠。其他方法，例如噴射鑄造、薄帶鑄造以及連鑄或半連鑄可以用來(lái)將合金加工成適合熱軋12或冷軋的形式。
合金在750-1050℃的溫度下進(jìn)行熱加工12。優(yōu)選的熱加工溫度為850-1000℃。對(duì)于帶材，熱加工典型地是熱軋，而對(duì)于棒材和線材，可以采用擠壓。熱加工之后，典型地將合金冷加工13至便于進(jìn)行固溶處理的尺寸。當(dāng)作為帶材形式時(shí)，固溶處理的示例性厚度約為0.05-2.54mm(0.002-0.1英寸)?？梢詫?duì)表面進(jìn)行調(diào)整，例如通過(guò)磨削或刷制獲得要求的表面特性。
之后，銅合金采用第一種溫度和第一種時(shí)間進(jìn)行固溶退火14，這種溫度與時(shí)間組合能夠有效地基本形成單相合金。合適的固溶處理溫度為約750-1050℃，合適的時(shí)間從約10秒至1小時(shí)，處理氣氛為中性或還原性氣氛。一般地，鎳含量越高，固溶處理溫度越低，以減少形成粗大晶體，參見(jiàn)圖1中的參照線4。鈷含量越高，固溶處理溫度越高，以促進(jìn)固態(tài)溶解，參見(jiàn)圖1中的參照線2。回過(guò)來(lái)參見(jiàn)圖2，對(duì)于帶材，優(yōu)選的固溶退火工藝14是在約800-1000℃溫度下處理約10秒至約5分鐘。最優(yōu)選的固溶處理溫度為900-975℃。
固溶退火14之后，淬火或快速冷卻16至環(huán)境溫度(環(huán)境溫度名義上為20℃)。優(yōu)選冷卻速率大于100℃/分鐘。淬火或快速冷卻之后，銅合金的導(dǎo)電率低于約25％IACS(14.5MS/m)，其等軸晶粒尺寸優(yōu)選約5-20μm。
固溶退火之后再淬火的處理順序可以重復(fù)進(jìn)行多次，典型地，在兩次上述退火之間插入一個(gè)任選的冷軋步驟。這種多次處理順序可以使粒子分布和織構(gòu)更均勻。一般地，除最后一次之外，每次固溶退火的溫度可以是處于上述確定的廣泛范圍內(nèi)的任何溫度。最后的固溶退火溫度控制晶粒尺寸，因此，需更加精確地選擇，以獲得優(yōu)選的晶粒尺寸和/或使具有優(yōu)選直徑的第二相粒子獲得可控的體積分?jǐn)?shù)。
淬火16之后，對(duì)合金進(jìn)行第一次退火18，退火溫度和時(shí)間可有效地析出一定量的第二相，從而有效地形成具有硅化物的多相合金。對(duì)于帶材，示例性第一次退火處理溫度為約350-600℃，時(shí)間從30分鐘至30小時(shí)，退火氣氛為中性或還原性氣氛。更優(yōu)選地，第一次退火18的溫度為約475-550℃，時(shí)間從30分鐘至約24小時(shí)。第一次時(shí)效退火的最優(yōu)選溫度范圍為490-530℃。當(dāng)按照固溶處理→淬火的順序之后馬上進(jìn)行第一次退火18，而中間不插入任何冷加工時(shí)，在最終產(chǎn)品中能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電性能、機(jī)械性能、成型性以及應(yīng)力松弛抗力的最佳組合。
本發(fā)明的另一種可選方法包括一個(gè)在淬火和第一次時(shí)效退火之間進(jìn)行的冷軋步驟，條件是(subject to the caveat)第二次時(shí)效溫度低于第一次時(shí)效溫度。
此處公開(kāi)的任何退火都可以是一種分步退火工藝。典型地，在分步退火中，第一步的溫度比第二步高。與恒溫退火相比，分步退火可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與導(dǎo)電性的更好組合。然后，對(duì)金屬進(jìn)行厚度壓下量為5-50％的冷加工20，并且進(jìn)行第二次退火22，退火時(shí)間和溫度能夠有效提高導(dǎo)電性。優(yōu)選第二次退火22溫度低于第一次退火18溫度。對(duì)于帶材，示例性第二次退火溫度約350-600℃，時(shí)間從約10秒至30小時(shí)，氣氛為中性或還原性氣氛。更優(yōu)選，第二次退火26溫度為約350-500℃，時(shí)間為約1-24小時(shí)。冷加工20之后進(jìn)行第二次退火22的順序可以重復(fù)進(jìn)行多次，直至獲得所要求的尺寸和性能。
雖然上述方法特別適合于本發(fā)明的銅合金，但是，該方法也適用于其他析出硬化型銅合金。特別是，銅-M-硅合金，例如含0.5-5％M和0.2-1.5％硅的合金采用本方法可能有益，這里，M是硅化物形成元素，它優(yōu)選是鎳、鈷或者它們的混合物。
據(jù)信采用本發(fā)明方法也有益的另一種銅基合金體系是Cu-X-Ti，其中，X是鈦酸鹽形成成分。優(yōu)選的組合物中含有0.35-5％鈦和0.001-5％X，其中X選自于Ni，F(xiàn)e，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Be，Mn，Mg，Bi，S，Te，Se，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它們的組合，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該合金含有0.5-5％鎳和0.35-2.5％鈦，參見(jiàn)系列號(hào)為60/410592的共同未決的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(2002年9月13日提交)。
根據(jù)另一種可選方法，如圖3所示，可以不采用工藝中的固溶熱處理將銅合金加工成最終尺寸。步驟鑄造10、熱軋12和第一次冷加工13均如上所述。在第一次冷加工13之后，在中性或還原性氣氛中約350-600℃溫度下，對(duì)合金進(jìn)行第一次時(shí)效退火18，時(shí)間從約30分鐘至約30小時(shí)。更優(yōu)選地，第一次時(shí)效退火18的溫度為約450-575℃，時(shí)間為約30分鐘至24小時(shí)。關(guān)于上述方法，時(shí)效退火可以按照分步方式進(jìn)行。
第一次時(shí)效退火18之后，進(jìn)行第二次冷加工步驟20，該步驟優(yōu)選通過(guò)約10-50％的厚度壓下量，更優(yōu)選通過(guò)15-30％壓下量來(lái)減少銅合金的厚度。第二次冷加工步驟之后，進(jìn)行第二次時(shí)效退火22，該時(shí)效退火溫度比第一次時(shí)效退火低，例如約350-500℃，時(shí)間約10秒至約30小時(shí)，退火氣氛為中性或還原性氣氛。更優(yōu)選地，第二次時(shí)效退火22的溫度為約375-475℃，時(shí)間為約1-24小時(shí)。第二次時(shí)效退火的最優(yōu)選溫度為約400-450℃。
第二次冷加工20之后進(jìn)行第二次時(shí)效退火22的加工步驟可以重復(fù)進(jìn)行多次，直至銅合金帶材達(dá)到最終尺寸。這種可選方法特別適合于制備導(dǎo)電性較高的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的方法制備的本發(fā)明合金以及其他銅鎳(和/或鈷)硅合金特別適合于制備如圖4所示類型的電氣和電器接頭組合件。該接頭組合件40采用根據(jù)本發(fā)明方法處理的本發(fā)明銅合金和其他銅合金。接頭組合件40包括插座42和插頭或插銷(xiāo)(jack)44。插座42采用銅合金帶加工并且彎曲成典型地具有與插頭44接觸的平面46的要求形狀。通過(guò)插入插頭44使平面46位移，在合金帶中產(chǎn)生應(yīng)力，依靠此應(yīng)力可保持平面46與插頭44恒定接觸。當(dāng)插頭組合件40暴露在高溫下時(shí)，特別是當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí)，該內(nèi)應(yīng)力會(huì)逐漸釋放(應(yīng)力松弛)，而且，損害平面46與插頭44之間接觸。本發(fā)明合金和根據(jù)本發(fā)明處理的其他銅合金能夠更好地抵抗高溫應(yīng)力松弛，從而制備出質(zhì)量更佳的電路接頭。
借助下面的實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。
實(shí)施例將具有如表1所示組成(重量％)的銅合金通過(guò)直接激冷(DC)鑄造制備成0.15m×0.76mm×7.6m(6英寸×30英寸×25英尺)的棒材(采用前綴“RN”標(biāo)記)，或者鑄造成4.54kg(10磅)的實(shí)驗(yàn)室合金鑄錠(采用前綴“J”標(biāo)記)。在實(shí)施例中除非另有說(shuō)明，所制備的棒材通過(guò)在約900℃下保溫并且熱軋至15.2mm(0.6英寸)來(lái)加工成熱軋板材(millplate)。該熱軋卷材在約600℃下保持約5-15小時(shí)，然后，進(jìn)行軋制(milled)，以便將熱軋期間形成的表面氧化物去掉。
在實(shí)施例中除非另有說(shuō)明，試驗(yàn)室鑄錠通過(guò)在石英坩堝中熔煉并且將熔融金屬澆鑄在鋼模中加工成熱軋板材(millp late)。除澆口之外，鑄錠尺寸為10.2cm×10.2cm×4.45cm(4英寸×4英寸×1.75英寸)。鑄錠在約900℃下保溫約3小時(shí)，并且熱軋至2.79cm(1.1英寸)。將熱軋后的板材重新加熱至約900℃，并且進(jìn)一步熱軋至約1.27cm(0.5英寸)，該1.27cm(0.5英寸)的板材重新加熱約900℃，并且在該溫度下保持5分鐘，然后進(jìn)行水淬處理。之后，該淬火后的板材在約600℃下保溫約5-15小時(shí)，修整，并且隨后，通過(guò)軋制(milled)將熱軋期間形成的表面氧化物去掉。
表1
實(shí)施例1該實(shí)施例說(shuō)明的是為什么本發(fā)明合金中的硅和鈷的含量均超過(guò)0.5重量％。
將如表2所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在800-1000℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬18。晶粒尺寸采用光學(xué)顯微鏡測(cè)量并且列于表2中。對(duì)于合金J724，固溶處理溫度為900-950℃，其晶粒尺寸是估計(jì)的而不是測(cè)量的。
表2
表2中數(shù)據(jù)說(shuō)明當(dāng)合金中的硅和鈷含量均超過(guò)0.5％時(shí)，在最高達(dá)950℃的溫度下進(jìn)行固溶處理，能夠獲得直徑小于20μm的控制的細(xì)晶粒尺寸。而當(dāng)鈷或硅的含量低于0.5％時(shí)，不能獲得上述可控的晶粒尺寸。
實(shí)施例2該實(shí)施例說(shuō)明的是保持硅含量高于0.5％以及鎳和鈷的總含量為1.7-4.3％時(shí)對(duì)高屈服強(qiáng)度和高導(dǎo)電性組合的影響。
將熱軋板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在950℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。該合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的厚度壓下量冷軋至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸并且在425℃下第二次時(shí)效處理6個(gè)小時(shí)。所獲得的屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性組合以及90°好路徑(GW)和差路徑(BW)的成型性均示于表3中。
表3
表3數(shù)據(jù)表明在Ni/Co和(Ni+Co)/Si的比例分別固定在≈0.5和3.8-4.6的情況下，當(dāng)硅含量為0.4-1.13％以及(Ni+Co)含量為1.7-4.3％時(shí)，獲得了50％IACS導(dǎo)電率。該數(shù)據(jù)意味著硅含量高于約0.5％的合金能夠獲得758MPa(110ksi)和50％IACS的組合。這些數(shù)據(jù)也表明在上述范圍內(nèi)提高硅含量以及(Ni+Co)含量能夠在不顯著改變導(dǎo)電性的情況下提高屈服強(qiáng)度。
實(shí)施例3該實(shí)施例說(shuō)明對(duì)于成品尺寸而言，Ni/Co比大于2能夠獲得最高的屈服強(qiáng)度，而Ni/Co比小于1則能夠提供更好的導(dǎo)電性。將如表4所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在900-1000℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。該合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效退火，采用25％的厚度壓下量冷軋至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸并且在425℃下第二次時(shí)效退火6個(gè)小時(shí)。
表4中示出了具有成品尺寸的合金的機(jī)械和電學(xué)性能。該數(shù)據(jù)表明降低Ni/Co比值會(huì)提高導(dǎo)電性但降低屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性對(duì)Ni/Co比值的這種依賴性是未曾預(yù)料到的。
表4
實(shí)施例4該實(shí)施例說(shuō)明當(dāng)(Ni+Co)/Si比值為3.5-6.0時(shí)，能夠獲得屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的最高的組合。將如表5所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在950℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。然后，該合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的厚度壓下量冷軋至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸，隨后，在425℃下第二次時(shí)效處理6個(gè)小時(shí)。如表5和圖5所示，當(dāng)(Ni+Co)/Si比值處于3.5(圖5中的參照線50)和6.0(圖5中的參照線52)之間時(shí)，獲得了高于758MPa(110ksi)屈服強(qiáng)度與高于40％IACS導(dǎo)電性的組合。
表5
實(shí)施例5該實(shí)施例說(shuō)明少量添加銀、鈦和鋯能夠提高屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合。將如表6所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在900-975℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。這些合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的厚度壓下量冷軋24至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸，隨后，在425℃下第二次時(shí)效處理6個(gè)小時(shí)。表6中示出了具有成品尺寸時(shí)的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性能，說(shuō)明少量添加合金成分銀、鈦和鋯能夠改善合金的屈服強(qiáng)度/導(dǎo)電性的組合。
表6
將如表7所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在975℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。該合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的厚度壓下量冷軋24至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸，隨后，在400℃下第二次時(shí)效處理16個(gè)小時(shí)。表7中示出了具有成品尺寸時(shí)的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性能，并且證實(shí)甚至當(dāng)加工工藝與表6合金相比稍有改變時(shí)，少量添加合金元素銀也能夠改善合金的屈服強(qiáng)度/導(dǎo)電性的組合。
表7
實(shí)施例6該實(shí)施例說(shuō)明的是添加控制量的鎂和/或銀如何改善本發(fā)明合金的應(yīng)力松弛抗力。該實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明具有較低Ni∶Co重量比(更富含Co)的合金比具有較高Ni∶Co重量比(更富含Ni)的合金具有更好的應(yīng)力松馳抗力。不管合金是否還含有銀都會(huì)觀察到這一效應(yīng)。
將如表8所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)。然后，合金J824，J834，J835和J836在975℃的溫度下固溶處理60秒，在525℃下進(jìn)行34小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的壓下量冷軋，并且，隨后，在400℃下第二次時(shí)效退火16個(gè)小時(shí)。
表8中所示的其他合金在925℃的溫度下固溶處理60秒，在500℃下進(jìn)行8小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的壓下量冷軋，并且，在400℃下第二次時(shí)效退火16個(gè)小時(shí)。
表8
對(duì)比分析合金J824(0.12％Mg)和J834(0.20％Ag)的殘余應(yīng)力與合金J835(無(wú)Mg或Ag)的殘余應(yīng)力，表明添加控制量的Mg或Ag能夠改善應(yīng)力松弛抗力。J836表明Mg與Ag組合也能夠提高應(yīng)力松弛抗力。
比較合金J956(0.19％Ag)與合金J954和J955，表明約0.2％Ag是顯著提高應(yīng)力松弛抗力的最低有效含量。進(jìn)一步比較合金J981與合金J954或者合金J982與合金J955，表明在本發(fā)明的含銀合金中添加鎂能夠進(jìn)一步提高應(yīng)力松弛抗力。
比較合金J835(Ni∶Co＝0.40)與合金J969(Ni∶Co＝1.32)以及比較合金J834(Ni∶Co＝0.43)與合金J956(Ni∶Co＝1.04)，表明不管是否存在銀，富鈷組合物均比富鎳組合物具有更好的應(yīng)力松弛抗力。
實(shí)施例7該實(shí)施例展示的是與采用傳統(tǒng)加工工藝處理的類似合金相比，采用本發(fā)明方法如何使銅鎳硅合金具有更高的導(dǎo)電性能。當(dāng)合金還含有鈷時(shí)，本發(fā)明方法在提高導(dǎo)電性的同時(shí)還提高屈服強(qiáng)度。
將如表9所示的熱軋合金板材(milled plate)冷軋至0.41mm(0.016英寸)或者0.31mm(0.0123英寸)并且在800-950℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。固溶處理之后，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工藝，將淬火后的合金采用25％的壓下量從0.91mm(0.016英寸)冷軋至0.30mm(0.0120英寸)，或者采用35％的壓下量從0.31mm(0.0123英寸)冷軋至0.20mm(0.008英寸)，并且，對(duì)于冷軋壓下量為25％的合金，在450℃下時(shí)效處理2個(gè)小時(shí)，對(duì)于冷軋壓下量為35％的合金，在435℃下時(shí)效處理3個(gè)小時(shí)。表9中示出了具有成品尺寸時(shí)的機(jī)械性能。
表9
將同樣合金的熱軋板材(milled plate)冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在850-975℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。根據(jù)本發(fā)明的方法，中間沒(méi)有插入任何冷加工，將合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，采用25％的厚度壓下量冷軋至0.30mm(0.0120英寸)的尺寸并且在400℃下第二次時(shí)效處理3個(gè)小時(shí)。表10中示出了具有成品尺寸時(shí)的機(jī)械性能。
表10
比較表9與表10數(shù)據(jù)證實(shí)使用兩次時(shí)效，其中第一次時(shí)效在固溶處理之后進(jìn)行而且中間未插入冷加工的本發(fā)明方法能夠顯著提高導(dǎo)電性。對(duì)于含鈷合金，導(dǎo)電性的提高又伴隨著強(qiáng)度的提高。
實(shí)施例8該實(shí)施例也說(shuō)明使用本發(fā)明的方法能夠使含鈷合金同時(shí)獲得較高的強(qiáng)度和較高的導(dǎo)電性。將如表11所示的熱軋合金板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在850℃或950℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。該合金在525℃下進(jìn)行3小時(shí)的第一次時(shí)效，并且，然后，采用15％或25％的厚度壓下量冷軋至0.35mm(0.0136英寸)或0.30mm(0.0120英寸)的尺寸。冷軋之后，合金在400℃下第二次時(shí)效處理3個(gè)小時(shí)或者在450℃下第二次時(shí)效處理3個(gè)小時(shí)。表10中示出了具有成品尺寸時(shí)的機(jī)械性能，顯示如果固溶處理并第一次時(shí)效(525℃/3小時(shí))的帶材進(jìn)行25％壓下量的冷軋并且隨后在400-450℃下第二次時(shí)效處理3-6個(gè)小時(shí)，則合金的屈服強(qiáng)度提高約138-207MPa(20-30ksi)。添加鈷的合金與不含鈷的合金(J395)相比，屈服強(qiáng)度明顯提高，這是一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)。
表11
實(shí)施例9該實(shí)施例說(shuō)明與一些現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明方法能夠使銅合金獲得屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的更高的組合。該實(shí)施例還說(shuō)明當(dāng)?shù)诙螘r(shí)效退火溫度低于第一次時(shí)效退火溫度時(shí)，能夠獲得最高的上述性能組合。
將合金RN503014的熱軋板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)并且在950℃的溫度下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。然后，根據(jù)表12所述的工藝順序?qū)倘芴幚砗蟮膸Р倪M(jìn)行加工。工藝4是本發(fā)明的方法。圖6示出了工藝1中時(shí)效溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性的影響。圖7示出了工藝2中時(shí)效溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性的影響。圖8示出了工藝3中時(shí)效溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性的影響。工藝4中第一次時(shí)效處理溫度為525℃，時(shí)間為3小時(shí)。圖9示出了工藝1中第二次時(shí)效溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和導(dǎo)電性的影響。
表12
表13給出了采用上述每種工藝方法加工的合金在屈服強(qiáng)度最大時(shí)的導(dǎo)電性以及在導(dǎo)電性最高時(shí)的屈服強(qiáng)度。只有工藝4獲得了最高的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合。
表13
圖9還表明按照本發(fā)明方法采用第一次時(shí)效溫度為約525℃，當(dāng)?shù)诙螘r(shí)效溫度更低，優(yōu)選第二次時(shí)效溫度為400-450℃時(shí)，能夠獲得最佳的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合。
實(shí)施例10該實(shí)施例說(shuō)明與美國(guó)專利6,506,269中公開(kāi)的高溫或者低溫方法相比，采用本發(fā)明的方法能夠獲得改善的性能組合。將合金J910的熱軋板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)，并且在925℃下固溶處理60秒。該合金在500℃下第一次時(shí)效退火8個(gè)小時(shí)，以25％的壓下量冷軋至0.30mm(0.012英寸)，并且在400℃下第二次時(shí)效退火16個(gè)小時(shí)。
將合金J989的熱軋板材分成兩半(合金J989-A和J989-B)。合金J989-A根據(jù)US 6,506,269中的高溫方法進(jìn)行加工，冷軋至0.76mm(0.12英寸)，在925℃下固溶處理60秒，以60％的壓下量冷軋至0.30mm(0.012英寸)，并且在525℃下時(shí)效退火6個(gè)小時(shí)。
合金J989-B根據(jù)US 6,506,269中的低溫方法進(jìn)行加工，冷軋至3.0mm(0.12英寸)，在400℃下第一次時(shí)效退火6個(gè)小時(shí)，以60％的壓下量冷軋至1.2mm(0.048英寸)，在400℃下第二次時(shí)效退火6個(gè)小時(shí)，以75％的壓下量冷軋至0.30mm(0.012英寸)，并且在430℃下第三次時(shí)效退火6個(gè)小時(shí)。
表14示出了合金性能的測(cè)量結(jié)果。
表14
雖然未測(cè)量J910的彎曲性能，但是，根據(jù)本發(fā)明處理的類似合金的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)其好路徑MBR/t為2.2而差路徑的MBR/t為2.5。這表明與US 6,506,269中的方法相比，本發(fā)明的方法在使銅合金具有類似的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的同時(shí)，還具有改善的彎曲性能。
實(shí)施例11
該實(shí)施例表明成品尺寸時(shí)的導(dǎo)電性響應(yīng)取決于第一次和第二次時(shí)效處理，并且，當(dāng)?shù)谝淮螘r(shí)效退火為525℃時(shí)，經(jīng)第二次時(shí)效退火之后的導(dǎo)電性增大較多，并且數(shù)值較高。
將合金J648的熱軋板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)，并且在950℃下固溶處理60秒，之后，進(jìn)行水淬。然后，該合金在475℃下第一次時(shí)效退火3個(gè)小時(shí)或者在525℃下第一次時(shí)效退火3個(gè)小時(shí)。之后，將該熱軋板材以25％的壓下量冷軋至0.30mm(0.012英寸)，并且在400-450℃下第二次時(shí)效3或6小時(shí)。
如表15所示，成品尺寸時(shí)的導(dǎo)電性響應(yīng)取決于第一次和第二次時(shí)效處理。這些數(shù)據(jù)也表明當(dāng)?shù)谝淮螘r(shí)效退火為525℃時(shí)，經(jīng)第二次時(shí)效退火之后的導(dǎo)電性增大較多，并且數(shù)值較高。這一意料之外的時(shí)效響應(yīng)使得合金能夠獲得要求的高強(qiáng)度與高導(dǎo)電性組合。
表15
實(shí)施例12該實(shí)施例表明采用根據(jù)本發(fā)明的方法能夠提高銅合金C7025的導(dǎo)電性。
將合金J724和J731的熱軋板材冷軋至0.41mm(0.016英寸)，并且在780-840℃的溫度下固溶熱處理，之后進(jìn)行水淬，以便提供再結(jié)晶帶材。中間沒(méi)有插入冷加工，合金在525℃下時(shí)效退火3個(gè)小時(shí)，冷軋至最終尺寸0.030mm(0.012英寸)，并且在400℃下時(shí)效3個(gè)小時(shí)或者在425℃下時(shí)效6個(gè)小時(shí)。
表16示出了成品尺寸時(shí)的機(jī)械性能。強(qiáng)度與彎曲性能的組合與采用傳統(tǒng)方法處理的銅合金C7025相當(dāng)，在類似狀態(tài)(temper)下，該合金的屈服強(qiáng)度為655-690MPa(95-100ksi)，導(dǎo)電率為40-45％IACS。本發(fā)明的方法在不損害屈服強(qiáng)度的前提下，獲得了比傳統(tǒng)方法處理的銅合金C7025更高的導(dǎo)電性。
表16
盡管前面參照特定實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但是，顯然，只要不偏離此處公開(kāi)的本發(fā)明的概念，可以進(jìn)行許多變化、修正和改變。因此，其目的是所有這些變化、修正和改變均包含在附后的權(quán)利要求的精神和寬廣范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造銅基合金的方法，其特征在于，該方法順序包括如下步驟(a).鑄造(10)所述含有，以重量計(jì)，0.5-5.0％鎳和0.1-1.5％硅的銅基合金；(b).熱加工(12)所述鑄造銅基合金，第一次減小橫截面積；(c).在固溶處理溫度下固溶處理(14)所述鑄造銅基合金，時(shí)間為第一種時(shí)間，以有效地基本形成單相合金；(d).在所述固溶處理之后不插入任何中間冷加工，在第一次時(shí)效退火溫度下，對(duì)所述基本上單相合金實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，時(shí)間為第二種時(shí)間，以有效析出第二相；(e).冷加工(20)所述多相合金，第二次減小橫截面積；以及(f).在第二次時(shí)效退火溫度下，對(duì)所述多相合金進(jìn)行第二次時(shí)效退火(23)，時(shí)間為第三種時(shí)間，以便有效析出附加量的所述第二相，其中，所述第二次時(shí)效退火溫度低于所述第一次時(shí)效退火溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在所述固溶處理步驟(14)之后，所述鍛造銅合金的平均晶粒尺寸為20μm或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其包括一個(gè)在所述熱加工步驟(b)(12)與所述固溶處理步驟(c)(14)之間的對(duì)所述鍛造銅合金進(jìn)行冷加工(13)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述熱加工步驟(12)和所述冷加工步驟(13)包括軋制，而且，所述鍛造銅合金被加工成帶材。
5.一種制造銅基合金的方法，其特征在于，該方法順序包括如下步驟(a).鑄造(10)所述含有，以重量計(jì)，0.5-5.0％鎳和0.1-1.5％硅的銅基合金；(b).采用一個(gè)或多次道次，熱加工(12)所述鑄造銅基合金，獲得熱加工產(chǎn)品；(c).在從高于800℃到所述銅基合金固相線溫度的溫度下固溶處理(14)所述熱加工產(chǎn)品；(d).在所述固溶處理(14)之后不插入任何中間冷加工，在350-600℃的溫度下，對(duì)所述熱加工板材實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，時(shí)間從30分鐘到30小時(shí)；(e).冷加工(20)所述熱加工板材，使橫截面積減小10-50％，獲得一種產(chǎn)品；以及(f).在比所述第一次析出退火溫度低的溫度下，對(duì)所述產(chǎn)品進(jìn)行第二次時(shí)效退火(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述熱加工(12)的溫度為850-1000℃，所述固溶處理溫度為800-1000℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其還包括在所述熱加工步驟(b)(12)之后對(duì)所述銅基合金進(jìn)行淬火的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述第一次時(shí)效退火(18)溫度為475-550℃，所述第二次時(shí)效退火溫度為350-500℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其還包括一個(gè)在所述淬火和所述固溶處理步驟(c)(14)之間將所述銅合金冷加工(13)至對(duì)固溶處理有效的尺寸的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述熱加工步驟(12)和所述冷加工步驟(13)均包括軋制，由此，將所述銅合金加工成帶材。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值2∶1-7∶1，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值2∶1-7∶1，從能夠改善屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合的有效量到最多1.0％的銀、鈦、鋯以及它們的組合，最多0.15％的鎂，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成2.2-4.2％鎳，0.25-1.2％硅，0.05-0.30％的鎂，余者為銅。
14.一種制造銅基合金的方法，其特征在于，該方法順序包括如下步驟(a).鑄造(10)所述含有，以重量計(jì)，0.5-5.0％鎳和0.1-1.5％硅的銅基合金；(b).采用一個(gè)或多次道次，熱加工(12)所述鑄造銅基合金，獲得熱加工產(chǎn)品；(c).在350-600℃的溫度下，對(duì)所述熱加工產(chǎn)品實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，時(shí)間從30分鐘到30小時(shí)；(d).冷加工(20)所述熱加工產(chǎn)品，使橫截面積減小10-50％，獲得一種產(chǎn)品；以及(e).在比所述第一次析出退火溫度低的溫度下，對(duì)所述產(chǎn)品進(jìn)行第二次時(shí)效退火(22)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述熱加工溫度(12)為850-1000℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其還包括在所述熱加工步驟(b)(12)之后對(duì)所述銅基合金進(jìn)行淬火的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于所述第一次時(shí)效退火(18)溫度為475-550℃，所述第二次時(shí)效退火溫度為350-500℃。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1％硅，(Ni+Co)/Si之比值3.5-5.5，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值2∶1-7∶1，從改善屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的有效量到最多1.0％的銀、鈦、鋯以及它們的組合，最多0.15％的鎂，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其還包括一個(gè)在所述熱加工步驟(b)(12)與所述第一次時(shí)效退火步驟(c)(18)之間進(jìn)行冷加工(13)的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于在所述熱加工步驟(b)(12)與所述第一次時(shí)效退火步驟(c)(18)之間未插入冷加工。
22.一種制造銅基合金的方法，其特征在于，該方法順序包括如下步驟(a).鑄造(10)所述含有，以重量計(jì)，0.5-5.0％鎳和0.1-1.5％硅的銅基合金；(b).采用一個(gè)或多次道次，熱加工(12)所述鑄造銅基合金，獲得熱加工產(chǎn)品；(c).在從高于800℃到所述銅基合金固相線溫度的溫度下固溶處理(14)所述熱加工產(chǎn)品；(d).冷加工所述銅基合金，以減小其橫截面積；(e).在350-600℃的溫度下，對(duì)所述冷加工的板材實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，時(shí)間從30分鐘到30小時(shí)；(f).冷加工(20)所述熱加工板材，使橫截面積減小10-50％，獲得一種產(chǎn)品；以及(g).在比所述第一次析出退火溫度低的溫度下，對(duì)所述產(chǎn)品進(jìn)行第二次時(shí)效退火(22)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于所述熱加工(12)的溫度為850-1000℃，所述固溶處理溫度為800-1000℃。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其還包括在所述熱加工步驟(b)(12)之后對(duì)所述銅基合金進(jìn)行淬火的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于所述第一次時(shí)效退火(18)溫度為475-550℃，所述第二次時(shí)效退火(22)溫度為350-500℃。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其還包括一個(gè)在所述淬火和所述固溶處理步驟(c)(14)之間將所述銅合金冷加工(13)至對(duì)固溶處理有效的尺寸的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于所述熱加工步驟(12)和所述冷加工步驟均包括軋制，由此，將所述銅合金加工成帶材。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值2∶1-7∶1，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成1-2.5％鎳，0.5-2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7-4.3％，0.5-1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值2∶1-7∶1，從改善屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的有效量到最多1.0％的銀、鈦、鋯以及它們的組合，最多0.15％的鎂，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于對(duì)所述銅合金進(jìn)行選擇，以具有以下組成2.2-4.2％鎳，0.25-1.2％硅，0.05-0.30％的鎂，余者為銅。
31.一種制造銅基合金的方法，順序包括如下步驟(a).鑄造(10)所述含有0.35-5％鈦和0.001-5％X的銅基合金，其中所述X選自于Ni，F(xiàn)e，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Be，Mn，Mg，Bi，S，Te，Se，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它們的組合；(b).采用一個(gè)或多次道次，熱加工(12)所述鑄造銅基合金，獲得熱加工產(chǎn)品；(c).在從高于800℃到所述銅基合金固相線溫度的溫度下固溶處理(14)所述熱加工產(chǎn)品；(d).冷加工所述銅基合金，以減小其橫截面積；(e).在350-600℃的溫度下，對(duì)所述冷加工的板材實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，時(shí)間從30分鐘到30小時(shí)；(f).冷加工(20)所述熱加工板材，使橫截面積減小10-50％，獲得一種產(chǎn)品；以及(g).在比所述第一次析出退火溫度低的溫度下，對(duì)所述產(chǎn)品進(jìn)行第二次時(shí)效退火(22)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其特征在于所述熱加工(12)的溫度為850-1000℃，所述固溶處理(14)溫度為800-1000℃。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其還包括在所述熱加工步驟(b)(12)之后對(duì)所述銅基合金進(jìn)行淬火的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其特征在于所述第一次時(shí)效退火(18)溫度為475-550℃，所述第二次時(shí)效退火(22)溫度為350-500℃。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其還包括一個(gè)在所述淬火和所述固溶處理步驟(c)(12)之間將所述銅合金冷加工(13)至對(duì)固溶處理有效的尺寸的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其特征在于所述熱加工步驟(12)和所述冷加工步驟(13)均包括軋制，由此，將所述銅合金加工成帶材。
全文摘要
一種具有改善的屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性組合的銅合金，基本組成為(以重量計(jì))1－2.5％鎳，0.5－2.0％鈷，鎳與鈷總含量為1.7－4.3％，0.5－1.5％硅，(Ni+Co)/Si之比值3.5－6，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)，其中，所述鍛造銅合金的導(dǎo)電率超過(guò)40％IACS。通過(guò)進(jìn)一步含有最多1％的銀，能夠進(jìn)一步改善屈服強(qiáng)度與導(dǎo)電性的組合以及增加應(yīng)力松弛抗力。一種制造本發(fā)明合金以及其它銅鎳硅合金的方法，順序包括如下步驟(a).鑄造(10)銅合金；(b).熱加工(12)所述鑄造銅基合金，第一次減小橫截面積；(c).固溶處理(14)所述鑄造銅基合金，控制處理溫度和時(shí)間，以便有效基本形成單相合金；(d).對(duì)合金實(shí)施第一次時(shí)效退火(18)，控制退火溫度和時(shí)間可有效析出一定量的第二相，從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，第二次減小橫截面積；以及(f).對(duì)所述多相合金進(jìn)行第二次時(shí)效退火(22)，退火溫度和時(shí)間使得有效析出附加的硅化物，從而提高導(dǎo)電性，其中，第二次時(shí)效退火溫度低于第一次時(shí)效退火溫度。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101041868SQ200710089098
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者F·N·曼蒂格, P·W·羅賓遜, D·E·泰勒, A·博格爾, H-A·庫(kù)恩, F·M·凱佩勒, J·西格爾 申請(qǐng)人:奧林公司, 維蘭德-工廠股份公司