[发明专利]一种Cu-Ni-Si-Fe系合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Cu‑Ni‑Si‑Fe系合金及其制备方法和应用。该合金通过成分优化，采用贱金属Fe元素替代Cu‑Ni‑Co‑Si合金中的部分甚至所有Co元素，借助Fe与Si之间的强原子结合力形成具有高硬度、高耐热的纳米级FeSi相颗粒，得到了一种低成本高强高导合金。本发明还提供了该合金的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于铜合金材料技术领域，具体涉及一种Cu-Ni-Si-Fe系合金及其制备方法和应用。

背景技术

Cu-Ni-Si合金具有高强度、高弹性以及优良的导电、导热和加工成形性能，在航空航天、交通轨道、电子信息等领域具有广泛应用前景。随着电子信息和大规模集成电路产业的发展，对高性能Cu-Ni-Si合金提出了更高要求。以奥林公司开发的牌号为C70250和C70350的Cu-Ni-Co-Si系合金为代表，因其优异的抗应力松弛性能和冲制性能，成为制造第二代集成电路引线框架的首选材料，其中C70350合金的主要成分为Ni：1.3wt％～1.8wt％，Si：0.4wt％～1.0wt％、Co：1.0wt％～1.5wt％，该合金的抗拉强度达750MPa～950MPa，导电率45％IACS～50％IACS。

随着电子信息产业的蓬勃发展，集成电路引线框架的需求量持续上升。同时由于新能源汽车时代的快速到来和全球电动汽车的增长，作为动力电池核心原材料的钴金属的需求量也迅速升高。钴矿在商业、工业、军事上的应用广泛，涉及从智能手机、电动车到飞机引擎等产品，是一种关键的战略物资。然而，钴矿资源储量较为匮乏，开采难度大，且精炼技术复杂，钴金属的成本逐年上涨。此外，在大规模半连续铸造过程中，添加Co元素在大规格Cu-Ni-Si合金坯锭熔铸过程易产生较大的铸造应力，导致后续制造加工时出现热裂现象，降低成材率。因此，开发低成本、高强高导的低Co或无Co合金意义重大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种Cu-Ni-Si-Fe系合金，该合金通过成分优化，采用贱金属Fe元素替代Cu-Ni-Co-Si合金中的部分甚至所有Co元素，借助Fe与Si之间的强原子结合力形成具有高硬度、高耐热的纳米级FeSi相颗粒，得到了一种低成本高强高导合金。

本发明还提供了Cu-Ni-Si-Fe系合金的制备方法。

本发明还提供了Cu-Ni-Si-Fe系合金的应用。

本发明的第一方面提供了一种Cu-Ni-Si-Fe系合金，以质量百分比计，包括以下组分：

Ni：1.2wt％～5.0wt％，

Co：0wt％～0.8wt％，

Si：0.4wt％～2.0wt％，

Fe：0.1wt％～1.5wt％，

Mg：0.05wt％～0.15wt％，

余量为铜。

本发明关于Cu-Ni-Si-Fe系合金的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的Cu-Ni-Si-Fe系合金，采用贱金属Fe元素替代部分甚至所有Co元素，并适当提高Ni和Si的含量，获得高硬度、高耐热的纳米级FeSi相以及高含量Ni₃Si相、片层状Ni₂Si不连续析出相，解决了低Co或无Co的Cu-Ni-Si系合金强度低的问题，同时降低了合金的铸造应力，有利于后续加工成形。

本发明利用Fe与Si具有较强的结合能，形成高硬度、高耐热的Fe-Si相；另外Fe-Si相的析出能力强于Fe相，促进了基体中Fe原子的析出。因此，添加贱金属Fe元素与Si结合，形成硬质Fe-Si相代替Co-Si相从而降低Co元素含量，无论是在原料成本上还是缓解战略稀缺资源上都意义重大。