[发明专利]一种铜铬合金带材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜铬合金带材，其特征在于该铜铬合金的质量百分比组成为，Cr：0.2～0.5％，Zr：0.01～0.1％，Ti：0.01～0.1％，Si：0.01～0.1％，余量为Cu和不可避免的杂质；在任选的1000μm²面积中，析出相尺寸100nm～1μm的数量为100～700个，析出相尺寸大于1μm的数量小于10个。本发明通过Cr、Zr、Ti、Si等元素的合金化设计，通过析出相尺寸及密度的控制，沿轧制方向取长度为400mm的成品带材置于水平测试台上，带材两端的自然起翘高度小于35mm，实现合金具有较低的残余应力，本发明铜合金材料制成的带材的抗拉强度为480MPa以上，导电率为75％IACS以上，并具有较好的弯曲加工性能，合金热导率可达300W/(m·K)以上，可适用于广泛地用于车辆、半导体引线框架以及电气和电子部件。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜铬合金带材及其制备方法。

背景技术

近年来，随着消费电子、通讯基站、电动汽车技术的快速发展，需要开发用于大电流及高电压工况的精密电气和电子部件。这些部件所使用的材料不仅需要高导电率以及较高的强度，还需要应对高电压和大电流以及极端环境(例如汽车发动机舱)而产生的热量，用于大电流及高电压工况的铜合金材料要求抗拉强度为480MPa或更高，热导率为280W/(m·K)或更高，这些性能参数也随着部件的技术发展和小型化而趋于逐渐提高。

现有铜合金中，铜铬合金在强度与导电率之间具有优异的平衡性，可以满足上述应用。在铜铬合金应用过程中，除考虑应用工况外，生产环节工况也会直接影响材料的后续应用。精密电气和电子部件在生产过程中需要经过封装、注塑、锡焊等高温工序，其中的温度会达到400℃甚至更高，处理时间也往往会达到2小时甚至更高，铜铬合金经过上述温度回复到室温后会发生微量形变，当部件对材料尺寸要求不高时，上述形变对部件性能的影响并不明显，但由于现有电气电子部件的精密化程度极高，即使微量的变形也会影响部件的使用寿命。而上述问题主要与合金内部存在较大的残余应力有关，现有铜铬合金生产工艺中往往只关注合金的强度、导电及折弯性能，却很少关注合金的残余应力，而析出相的分布，尤其是大颗粒析出对于残余应力有着直接的影响。

因此，为应对快速发展的消费电子、通讯基站、电动汽车对铜合金的更高要求，针对现有的铜铬合金需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种满足强度、导电率、折弯以及热导率性能的同时具有较低残余应力的铜铬合金带材。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铬合金带材，其特征在于该铜铬合金的质量百分比组成为，Cr：0.2～0.5％，Zr：0.01～0.1％，Ti：0.01～0.1％，Si：0.01～0.1％，余量为Cu和不可避免的杂质；在任选的1000μm²面积中，析出相尺寸100nm～1μm的数量为100～700个，析出相尺寸大于1μm的数量小于10个。

Cr是本发明合金的主要成分。常温下Cr元素在铜中的固溶度很小，但高温时固溶度相对较大，因此Cr是本发明铜合金中主要的析出强化型元素。在铜合金中，利用热处理可得到单质Cr的强化相粒子，对基体形成强化效果。当Cr加入到本发明合金中时，Cr一部分形成单质强化相粒子，一部分Cr与铜基体中少量固溶的Si以及Ti形成Cr₃Si、Cr-Ti-Si化合物。经研究发现Cr₃Si和Cr-Ti-Si化合物为高温稳定化合物相，即使在800℃高温下也不会发生溶解，因此其耐高温软化能力较好，使合金能满足大电流及高电压应用工况的需求。当Cr元素的含量低于0.2wt％时，析出相数量不足导致强度过低，而当Cr元素的含量高于0.5wt％时，合金熔炼过程中产生初生相的数量增加，含Cr的大析出相数量增加，造成残余应力集中，无法获得本发明需要的低残余应力铜铬合金。因此本发明合金中Cr元素的含量设定在0.2～0.5wt％。