[发明专利]一种适合于铸造工艺的高导热铜合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种适合于铸造工艺的高导热铜合金及其制备方法，该合金的成分为：2.0～3.5wt.％La,0～1.5wt.％Zn,0.001～0.5wt.％V，其余为Cu和不可避免的杂质。本发明通过限定La元素成分和控制铸造工艺来调控获得弥散分布的第二相组织，进而获得第二相强化的高导热铜合金。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种适合于铸造工艺的高导热铜合金及其制备方法。

背景技术

引线框架是集成电路中的必要组成部分，它的作用是支撑芯片，使芯片和外界连通，同时为电路工作时的芯片进行散热。科技发展对电子元器件运转速度提出了更高的要求，进而要求引线框架等壳体具有更高的导热性能。铜及铜合金具有十分优异的导热性能，是作为引线框架用材料的首选。纯铜有着400W/(m·K)左右的高导热系数，但是其强度过低，无法满足引线框架对一定强度的要求。为了解决纯铜强度低的问题，多数研究者通过两种方式来实现：第一种是通过添加大量的合金元素实现固溶强化、第二相强化和细晶强化等；第二种是通过固溶时效、冷变形等后续热处理或加工手段来实现固溶强化、沉淀强化和加工硬化等。两种方式虽然都可以较大地提升铜合金强度，但是却损失了较多的导热性能。而且，后续工艺的应用增加了材料方面的时间成本和经济成本。因此，急需研发一种合金元素添加量少、适合于铸造工艺而无需后续工艺处理的高导热铜合金。

合金元素在铜合金中的存在形式主要有两种：第一种是第二相。在元素添加量一定的情况下，为了充分发挥第二相的强化作用，则选择用于第二相强化的元素应与Cu的电负性相差较大，形成结合力较强的第二相；此外，从铜合金导热性能方面考虑，电负性和原子尺寸等与Cu相差较大的合金元素，应在Cu基体中具有极小的固溶度，方能最大程度上控制其对导热性能的降低。目前已开发的低固溶度铜合金体系有Cu-Cr、Cu-Zr等，其中Cr在Cu基体中的极限固溶度为0.7wt.％，Zr 在Cu基体中的极限固溶度为0.11wt.％。该两种元素虽然能在强化铜合金的同时极大地保持合金的高导热性能，但是固溶于基体的合金元素仍然对导热性能十分不利。

目前，大多数铜合金虽然具有足够的强度，但是导热性能却降低极大。例如Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ni-Si、Cu-Ni-Zn和Cu-Ti等合金，虽然其强度足够，但是导热性能降低十分明显。大多数铜合金导热系数低于250W/(m·K)，很难满足高速运转的电子元器件对引线框架等壳体材料的高导热性能的要求。此外，多数高导热铜合金通过后续热处理和冷变形等工艺制备，大大增加了材料成本。因此，如何在保留铜及铜合金优良特性的同时提高其导热性能成为了阻碍铜合金发展的一大障碍，而如何在铸态下获得一定强度的高导热铜合金成为阻碍铜合金发展的另一大障碍。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种适合于铸造工艺的高导热铜合金及其制备方法，使得合金具有高导热性能和/或具有较强的力学性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种适合于铸造工艺的高导热铜合金，其特征在于，其包括以下质量百分比的元素成分：La 2.0～3.5％，Zn 0～1.5％，V 0.001～0.5％，其余为铜和不可避免的杂质。优选的，Zn的含量不为0。而当Zn的含量为0时，表示此时铜合金中不含有Zn元素。

进一步的，各元素成分的质量百分比含量分别为：La 2.0～3.0％，Zn 0～1.5％，V 0.001～0.5％，其余为Cu和不可避免的杂质。优选的，Zn的含量不为0。

进一步的，各元素成分的质量百分比含量分别为：La 2.0～3.0％，Zn 0～1.0％，V 0.001～0.5％，其余为Cu和不可避免的杂质。优选的，Zn的含量不为0。

进一步的，各元素成分的质量百分比含量分别为：La 2.0～3.0％，Zn 0～1.0％，V 0.01～0.1％，其余为Cu和不可避免的杂质。优选的，Zn的含量不为0。