[发明专利]一种含钴硅的铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及的合金领域，具体指一种含钴硅的铜合金。

背景技术

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％。

发明内容

本发明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。

本发明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Co_xSi_y析出相；所述Co_xSi_y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Co_xSi_y析出相的面积比为0.01％-5％。

优选所述Co_xSi_y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％。