專利名稱：一種錫黃銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銅合金生產(chǎn)加工領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種在一定的工藝條件下可取得高的抗拉強(qiáng)度和較高的導(dǎo)電率，抗疲勞性能優(yōu)異的錫黃銅合金以及制備方法。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)是人類的數(shù)字化時代，數(shù)字化技術(shù)要求電子、電氣元器件都需要使用至_以及銅合金，所以對銅的消耗非常大，但目前并沒有一種能替代銅的金屬材料，比如錫磷青銅以其較高的強(qiáng)度和彈性、良好的導(dǎo)電性被普遍應(yīng)用于電子接插件等導(dǎo)電領(lǐng)域，但是其合金成分決定了原材料成本居高不下，伴隨著世界工業(yè)化的迅速發(fā)展，資源消耗與日俱增，有色金屬價格不斷攀升，這對競爭機(jī)制下的上、下游企業(yè)都帶來了巨大的成本壓力。所以現(xiàn)在只能提供降低合金中銅的含量來達(dá)到降低成本的要求。同時市場上電子或電氣元器的小型化和集成化，對導(dǎo)電材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量指標(biāo)也有了更高要求。所以在選擇銅合金的其他成分時，需要更多的研究和實(shí)驗(yàn)。目前按合金系劃分按性能可分為高導(dǎo)電、高強(qiáng)高導(dǎo)、高強(qiáng)中導(dǎo)系列，高導(dǎo)電系列如TUl無氧銅，強(qiáng)度為180 -350 MPa，導(dǎo)電率在98% IACS以上；高強(qiáng)高導(dǎo)系列如Cu_Cr_Zr、彌散強(qiáng)化銅Cu-Al2O3等，強(qiáng)度為350 -600 MPa,導(dǎo)電率80%_95% IACS ;高強(qiáng)中導(dǎo)系列如C19400、C19500 等，強(qiáng)度 400 -650 MPa，導(dǎo)電率 2 0%_65% IACS0在現(xiàn)有技術(shù)中，正如專利文獻(xiàn)1:申請?zhí)枮镴P2004225060A的專利，本發(fā)明提供具備連接器等電子部件材料所需特性的銅合金及其制造方法，其含有重量比為20 46%的鋅，0.1 5. 0%的錫，0. 001 0. 5%的硼，剩余部分由銅及不可避免的雜質(zhì)組成，材料中含有粒徑小于5 u m的硼的氧化物，即形成微小的鑄造結(jié)晶粒子，促進(jìn)動態(tài)再結(jié)晶，使銅合金具備出色的熱軋性能，抗拉強(qiáng)度在650 MPa以上、彈性模量在120GPa以下、導(dǎo)電率在20%IACS以上、應(yīng)力緩和率在20%以下，與壓延方向垂直方向上的抗拉強(qiáng)度在700 MPa以上，彈性模量在130 GPa以下。但存在缺陷為加工工藝需要熱軋加工，這樣會增加生產(chǎn)工序，使生產(chǎn)過程變得復(fù)雜，而且比較重要的一點(diǎn)是合金成分的元素范圍非常寬泛，難以使產(chǎn)品的性能穩(wěn)定保持在一定沮圍內(nèi)。專利文獻(xiàn)2 :申請?zhí)枮镴P2009062610A的專利，本發(fā)明提供一種連接器用Cu-Zn-Sn基銅合金板材及其制造方法，其含有重量比為10 37%的鋅，0.1 4%的錫，必要時添加一種或一種以上的以下兀素Ni ^ 2%、Fe ^ 2%、Si ^ 1% ;進(jìn)一步可添加一種或一種以上總量不大于3%的以下元素(0、0、1%、41、8、？、21'、1^11、￥，剩余部分由銅及不可避免的雜質(zhì)組成，在300 900°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱軋，350 650°C溫度范圍內(nèi)退火后冷軋，必要時可在150 450°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行低溫?zé)崽幚恚色@得平均晶粒度在10 60 y m、抗拉強(qiáng)度650MPa以上、彈性模量130GPa以下、導(dǎo)電率20% IACS以上、應(yīng)力緩和率20%以下的銅帶產(chǎn)品。該合金以N1、Fe、Si為首選添加元素，其冷加工性能一般，而且同樣需要進(jìn)行熱軋加工才能獲得所需產(chǎn)品，與專利JP2004225060A —樣，會提高生產(chǎn)成本和質(zhì)量管控成本。因此，研發(fā)一種性能更高、成本更為低廉的銅合金既是市場的需要，也是數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種錫黃銅合金及其制備方法，優(yōu)選的，提供一種冷加工性能優(yōu)異、成本低廉、可用于導(dǎo)電行業(yè)的錫黃銅合金及其制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供了一種具有高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量指標(biāo)、優(yōu)良的導(dǎo)電率以及抗疲勞壽命長等優(yōu)越的綜合性能指標(biāo)的錫黃銅合金。為了解決上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種錫黃銅合金，其組分及其重量百分比為銅68-73% ;錫0. 3-1.5% ;總量不超過2. 0%的以下元素中的一種或多種鈷、鋁、硼；余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選的，鈷、鋁、硼的總量不超過1. 5%，不低于0. 001%。本發(fā)明的另一方面，其組分及其重量百分比含量為銅68-73% ;錫0. 3-1.5% ；鈷0. 01-1. 3%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，按其重量百分比含量計(jì)，所述鈷為0. 1-0. 8%。本發(fā)明的另一方面，其組分及其重量百分比含量為銅68-73% ;錫0.3-1.5% ；鋁0. 01-1. 5%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另一方面，其組分及其重量`百分比含量為銅68-73% ;錫0.3-1.5% ；硼0. 001-0. 4%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的另一方面，按其重量百分比含量計(jì)，優(yōu)選的，所述錫為0. 8-1. 3%，所述錫黃銅合金具有860 MPa以上的抗拉強(qiáng)度和/或20-65% IACS導(dǎo)電率。本發(fā)明的另一方面，所述錫黃銅合金的平均晶粒度為5-30 Pm，優(yōu)選的，所述錫黃銅合金的平均晶粒度為5-15 Um0本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種錫黃銅合金的制備方法，其包括如下步驟
所述合金組分按照比例通過水平連鑄的方法制成棒或者線坯料；
所述棒或線坯料經(jīng)過40-75%加工率的冷拉伸，500-750°C溫度范圍內(nèi)退火的方式進(jìn)行反復(fù)加工，直至獲得所需要規(guī)格的產(chǎn)品；
上述棒或線用酸洗去除退火后材料表面氧化物及臟物；
所述材料加工成成品后，在不大于200°C溫度下時效I小時以上，以消除冷加工形成的殘余應(yīng)力。本發(fā)明的另一方面，還包括通過刨皮消除所述材料表面有夾雜、微裂紋和/或酸洗難以去除的氧化物時，每道刨皮工序可控制的刨皮量為0. 05-0. 35_。本發(fā)明的另一實(shí)施方式，一種錫黃銅合金的制備方法，其包括如下步驟
所述合金組分按照比例通過水平連鑄的方式生產(chǎn)板帶坯料；
所述板帶坯料可通過銑面以消除表面夾雜、微裂紋等缺陷，銑面工序可控制的加工量為 0.1Q-Bmm ;
所述板帶坯料經(jīng)過40-75%加工率的冷軋，500-750°C溫度范圍內(nèi)退火的方式進(jìn)行反復(fù)加工，直至獲得所需要規(guī)格的產(chǎn)品；
所述板帶在退火后進(jìn)行酸洗去除表面氧化物及臟物；
所述板帶坯料加工成成品后，在不大于200°C的溫度下時效I小時以上，以消除冷加工形成的殘余應(yīng)力。本發(fā)明的另一方面，優(yōu)選的，所述錫黃銅合金的退火溫度為550-680°C，所述板帶坯料加工成成品后，時效溫度不大于150°C。合金組成
本發(fā)明的錫黃銅合金屬于ct單相固溶體合金,其中Sn固溶于Cu-Zn合金a單相固溶體，起固溶強(qiáng)化作用，能明顯提升合金的強(qiáng)度。Sn又能抑制脫鋅腐蝕，提高合金的耐蝕性能。Sn含量偏低即小于0. 3% (若無特殊說明，百分率為重量％)，則強(qiáng)化作用不明顯，含Sn過高即超過1.5%，合金中易出現(xiàn)脆性的Y相，則降低材料塑性，削弱冷加工性能。本發(fā)明合金中各種元素以及元素含量的選擇，都會影響其合金的抗拉強(qiáng)度、彈性模量指標(biāo)、導(dǎo)電率以及抗疲勞壽命等因素，而且會大大降低了合金的成本。本發(fā)明中Co或Al或B溶于Cu-Zn合金a單相固溶體，起固溶強(qiáng)化作用，能明顯提升合金的強(qiáng)度。本發(fā)明中適量的Co或Al固溶于合金中，既能進(jìn)一步提升合金強(qiáng)度，又能提高合金的抗疲勞性能。Co還能改善合金材料表面色澤，使材料呈明亮的金黃色。Co或Al含量過低即Co小于0. 01%或Al小于0. 01%時，其強(qiáng)化作用不明顯，過量的Co即超過1. 3%會嚴(yán)重降低合金材料的導(dǎo)電率，無法滿足導(dǎo)電行業(yè)使用要求，過量的Al即超過1. 5%使材料析出3相，削弱材料冷加工性能，且Al比較容易 氧化，當(dāng)含量過高時，經(jīng)退火后材料表面由于氧化發(fā)黑，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。B以氧化物形式呈游離狀態(tài)分布于合金中，可以細(xì)化晶粒，改善合金組織、提高合金強(qiáng)度。過量的B即超過0.4%則容易聚集成較大顆粒，在加工過程中脫落造成缺陷。本發(fā)明在研究Cu -Sn- Zn系合金的應(yīng)用時，開展了大量合金基體對比實(shí)驗(yàn)以及數(shù)十種元素的添加實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一種冷、熱加工性能都非常優(yōu)異的新合金，該合金在一定工藝條件下，能取得高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量指標(biāo)、并且具有較高的導(dǎo)電率。微量元素的加入提升產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，延長抗疲勞壽命，且使材料保持有較高的導(dǎo)電率等性能，通過進(jìn)一步界定元素添加量范圍，使產(chǎn)品具有穩(wěn)定的綜合性能，堪與錫磷青銅相媲美。本發(fā)明合金可取得導(dǎo)電率20% IACS以上，抗拉強(qiáng)度860MPa以上的棒、線及板、帶產(chǎn)品，且能在長期存放的情況下保持性能穩(wěn)定。這種合金材料可部分取代錫磷青銅應(yīng)用于導(dǎo)電領(lǐng)域，有巨大的成本優(yōu)勢。本發(fā)明方案具有以下有益效果中的一種、兩種或者全部1.本發(fā)明合金通過元素添加量的控制，使材料具有優(yōu)異的加工性能及良好的表面色澤。錫黃銅中通過Co或Al的加入，提高合金強(qiáng)度和抗疲勞性能，B可以細(xì)化晶粒，Co還能改善表面色澤，使材料呈明亮的金黃色。2.本發(fā)明通過選擇加工方式、控制加工率和退火溫度等生產(chǎn)工藝，使材料具有高的抗拉強(qiáng)度和較高的導(dǎo)電率、高的彈性模量、抗疲勞壽命長等優(yōu)良性能。3.該合金各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于錫磷青銅。4.生產(chǎn)工藝方便可行，便于工業(yè)化生產(chǎn)，且合金材料價格低廉，成本比錫磷青銅降低20%以上，有巨大的成本優(yōu)勢，是錫磷青銅理想的替代材料。5.本發(fā)明工藝條件下加工成棒、線、板帶的錫黃銅合金的性能為抗拉強(qiáng)度>860MPa，導(dǎo)電率彡20%IACSo
具體實(shí)施例方式下文所描述的實(shí)驗(yàn)，合成方法以及所涉及的中間體是對本發(fā)明的闡明，并不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明中實(shí)驗(yàn)所使用的起始原料或購買自試劑供應(yīng)商或經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)方法由已知原料制備，除非另有說明。方案一
本方案以1#銅、0#鋅、電解鈷、1#錫、AOO鋁、銅硼中間合金和磷銅中間合金為基本原料，按材料成分配料將1#銅、0#鋅、電解鈷、1#錫、AOO鋁、銅硼中間合金和磷銅中間合金加入中頻爐中熔化，以水平連續(xù)鑄造的方式制成O 12mm坯料，然后經(jīng)過反復(fù)拉伸、退火的方式進(jìn)行加工，酸洗去除退火后材料表面氧化物及臟物，通過刨皮去除表面缺陷，材料的軟化退火溫度為500-750°C，退火后綜合加工率不小于40%。方案一成分及性能見表1-1。表1-權(quán)利要求
1.一種錫黃銅合金，其特征在于，其組分及其重量百分比為銅68-73 % ;錫O. 3-1. 5%;總量不超過2. 0%的以下元素中的一種或多種鈷、鋁、硼；余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選的，鈷、鋁、硼的總量不超過1. 5%，不低于O. 001%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，其組分及其重量百分比含量為銅68-73% ;錫0. 3-1. 5% ;鈷0. 01-1. 3%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，按其重量百分比含量計(jì)，所述鈷為O. 1-0. 8%O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，其組分及其重量百分比含量為銅68-73% ;錫0. 3-1. 5% ;鋁0. 01-1. 5%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，其組分及其重量百分比含量為銅68-73% ;錫0. 3-1. 5% ;硼0. 001-0. 4%，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，按其重量百分比含量計(jì)，所述錫為O. 8-1. 3 %，優(yōu)選的，所述的錫黃銅合金具有860 MPa以上的抗拉強(qiáng)度和/或20-65% IACS 導(dǎo)電率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的一種錫黃銅合金，其特征在于，所述錫黃銅合金的平均晶粒度為5-30 μ m,優(yōu)選的，所述錫黃銅合金的平均晶粒度為5-15 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的一種錫黃銅合金的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟 所述合金組分按照比例通過水平連鑄的方法制成棒或者線坯料； 所述棒或線坯料經(jīng)過40-75%加工率的冷拉伸，500-750°C溫度范圍內(nèi)退火的方式進(jìn)行反復(fù)加工，直至獲得所需要規(guī)格的產(chǎn)品； 所述棒或線在退火后用酸洗去除表面氧化物及臟物； 所述材料加工成成品后，在不大于200°C溫度下時效I小時以上，以消除冷加工形成的殘余應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種錫黃銅合金的制備方法，其特征在于， 還包括通過刨皮消除所述材料表面有夾雜、微裂紋和/或酸洗難以去除的氧化物時，每道刨皮工序可控制的刨皮量為O. 05-0. 35mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的一種錫黃銅合金的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟 所述合金組分按照比例通過水平連鑄的方式生產(chǎn)板帶坯料； 所述板帶坯料可通過銑面以消除表面夾雜、微裂紋等缺陷，銑面工序可控制的加工量為 O.1Q-Bmm ; 所述板帶坯料經(jīng)過40-75%加工率的冷軋，500-750°C溫度范圍內(nèi)退火的方式進(jìn)行反復(fù)加工，直至獲得所需要規(guī)格的產(chǎn)品； 所述板帶在退火后進(jìn)行酸洗去除表面氧化物及臟物； 所述板帶坯料加工成成品后，在不大于200°C的溫度下時效I小時以上，以消除冷加工形成的殘余應(yīng)力。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的制備方法，其特征在于，所述錫黃銅合金的退火溫度為550-680°C，所述板帶坯料加工成成品后，時效溫度不大于150°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錫黃銅合金及其制備方法，本發(fā)明的一種錫黃銅合金，其組分及其重量百分比為銅68-73％；錫0.3-1.5％；總量不超過2.0%的以下元素中的一種或多種鈷、鋁、硼；余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選的，鈷、鋁、硼的總量不超過1.5%，不低于0.001%。本發(fā)明合金通過元素添加量的控制，使材料具有優(yōu)異的加工性能及良好的表面色澤。并提高合金強(qiáng)度和抗疲勞性能。
文檔編號C22F1/08GK103031466SQ20131000855
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者謝識才, 張根培, 趙紅彬, 李建剛 申請人:寧波博威合金材料股份有限公司