專利名稱：銅合金的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及含有鎂和磷的銅合金，其具有90％IACS或更高的電導(dǎo)率以及明顯提高的強度。
長期以來，銅可通過與不同元素的合金提高強度。除了個別情況之外，添加物在增加了強度的同時不成比例地降低了電導(dǎo)率。峰值拉伸強度約為60ksi的純銅具有100％IACS的電導(dǎo)率。因此，純銅的強度×電導(dǎo)率的系數(shù)為6,000(60×100)單位。作為一種最古老的銅合金，黃銅的強度高達104ksi，但電導(dǎo)率急劇降低。彈殼黃銅是一種最常用的黃銅，其強度×電導(dǎo)率的系數(shù)低于3,000單位。其它合金諸如青銅和銅-鎳合金的強度×電導(dǎo)率系數(shù)遠低于純銅。
具有低添加元素含量的合金，其電導(dǎo)率約為90％IACS，具有強度和電導(dǎo)率的最佳組合。例如，鋯銅可用于制備強度為70ksi以及電導(dǎo)率為90％IACS的片。這些合金的強度×電導(dǎo)率的系數(shù)峰值約為6300單位。但是，由于性質(zhì)差異較大，這些合金難以制備且不具良好的可成形性。
含有鎂和磷的合金是公知的。例如，F(xiàn)inlay等的美國專利3,677,745公開了含有0.01-5.0重量％的鎂，0.002-4.25重量％的磷，以及余量銅的銅合金。該專利還公開了分別具有0.02-0.2重量％和0.01-2.0重量％的任選的銀和/或鎘添加物的銅-鎂-磷合金。
Finlay等的合金具有如下的性質(zhì)i)拉伸強度(T.S.)為90ksi和70％IACS電導(dǎo)率(強度×電導(dǎo)率系數(shù)＝6,300)；
ii)T.S.55ksi和95％IACS電導(dǎo)率(強度×電導(dǎo)率系數(shù)＝5,225)；以及iii)T.S.80ksi和70％IACS電導(dǎo)率(強度×電導(dǎo)率系數(shù)＝5,600)。
此類合金具有強度和電導(dǎo)率的最佳組合，在某些情況下比純銅還好。此類合金具有優(yōu)異的可成形性；但是，它們的耐熱性有限。在短時間內(nèi)暴露于高溫下時采用高電導(dǎo)率合金。此類合金盡管可在710°F下明顯保持其強度，但暴露于800°F的溫度下即使只有幾分鐘它們的強度也將顯著降低。
Knorr等的美國專利4,605,532公開了一種合金，其組成基本如下約0.3-1.6重量％的鐵，最多一半的鐵含量由鎳、錳、鈷以及其混合物來替代，約0.01-約0.2重量％的鎂，約0.10-約0.40％的磷，最高約0.5重量％錫或銻以及其混合物，和余量的銅。Knorr等的合金基于高磷鎂比，其至少為1.5∶1，并且優(yōu)選高于2.5∶1。其結(jié)果就是，盡管Knorr等的合金中的所有鎂都將與磷結(jié)合，象鐵和鈷的其它元素將大量留在溶體中。電導(dǎo)率因此將受到損害。Knorr等的合金也含有1-3微米的粗顆粒。因此，Knorr等的合金延展性、可成形性、耐軟化性較差，且強度×電導(dǎo)率系數(shù)低。
Guerlet等的美國專利4,427,627涉及一種銅合金，基本上包含0.10-0.50重量％的鈷，0.04-0.25重量％的磷，以及余量的銅。鈷和磷的添加量經(jīng)確定為鈷磷比在2.5∶1和5∶1之間，優(yōu)選在2.5∶1和3.5∶1之間。鎳和/或鐵可取代部分鈷；但是，所述鎳和鐵的含量不超過0.15％，其中，鎳含量小于0.05重量％，鐵含量小于0.10重量％。Guerlet等的合金可包含一種或一種以上的以下添加物鎂為0.01-0.35％，優(yōu)選為0.01-0.15重量％；鎘為0.01-0.70％，優(yōu)選為0.01-0.25％；銀為0.01-0.35％，優(yōu)選為0.01-0.15％；鋅為0.01-0.70％，優(yōu)選為0.01-0.2重量％；以及錫為0.01-0.25％，優(yōu)選為0.01-0.1重量％。該發(fā)明的合金之缺陷在于，未能認識到形成一定大小的二磷化三鎂和/或磷化鐵顆粒以改善可成形性、延展性、保持高強度時的耐軟化性和電導(dǎo)率等物理性質(zhì)。
Futatsuka等的美國專利4,750,029公開了一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的銅基鉛材料。所述材料基本組成如下約0.05-0.25重量％的錫，0.01-0.2重量％的銀，0.025-0.1重量％的磷，0.05-0.2重量％的鎂，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。P/Mg比例為0.60-0.85以形成鎂和磷的化合物或Mg3P2。此類合金的強度×電導(dǎo)率系數(shù)較低。
在日本專利55-47337和59-20439中也公開了其它的銅-鎂-磷合金。該′337專利公開了一種銅合金，含有0.004-0.7％磷，0.01-0.1％鎂，0.01-0.5％鉻，以及余量銅。此類合金在退火條件下具有80-90％IACS電導(dǎo)率；但是強度×電導(dǎo)率系數(shù)不理想。該′439專利公開了一種銅合金，含有2-5％鐵，0.2-1.0％鎂，0.3-1.0％磷，以及余量銅。此類合金具有高強度和極低的電導(dǎo)率。
在日本專利53-19920涉及一種銅合金，其含有0.004-0.04％磷，0.01-0.20％的一種或一種以上的鎂、硅、錳、砷和鋅，以及余量銅。此類合金具有80-90％IACS電導(dǎo)率，其強度較低。
Hensel等的美國專利2,171,697涉及一種銅-鎂-銀合金。銀含量為0.05-15％，鎂含量為0.05-3％。該專利的首頁上指出，銅鎂合金含有少量的鈹、鈣、鋅、鎘、銦、硼、鋁、硅、鈦、鋯、錫、鉛、釷、鈾、鋰、磷、釩、砷、硒、碲、錳、鐵、鈷、鎳以及鉻，可通過加入前述含量的銀予以改善。當(dāng)然，該專利未能認識到形成二磷化三鎂和/或磷化鐵來達到一系列非常理想的物理性能。
最近，Olin公司獲得了美國專利5,868,877。該專利涉及一種銅-鐵-鎂-磷合金，其具有和Olin已有合金C197相同的組分。Olin還開發(fā)出代號為19710和19720的新合金，已經(jīng)進入市場。這些合金含有磷、鎂、鐵、鎳、鈷和/或錳，但不含銀。合金19710含有0.03-0.6重量％的鎂，0.07-0.15％的磷，0.05-0.40％鐵。最多0.1％的鎳和鈷，0.05％錳，以及余量的銅。代號為19720的合金公開數(shù)據(jù)表明在溫和條件下具有80％IACS電導(dǎo)率，以及在硬化回火時的拉伸強度為60-70ksi。
雖然已有上述合金，仍然需要具有高電導(dǎo)率、高強度和優(yōu)良延展性、可成形性以及耐軟化性的合金。
發(fā)明簡述因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種銅合金，其拉伸強度能達到約為80ksi，并且具有90％IACS或以上的電導(dǎo)率。
本發(fā)明的另一個目的是要提供上述合金，其與類似的合金相比較并且在按R/T(半徑比厚度)彎曲比率進行測試時，具有同樣或更好的可成形性。
本發(fā)明的另一個目的是要提供上述合金，其具有更佳的延展性和耐軟化性。
前述目的可由本發(fā)明的銅合金來實現(xiàn)。
在第一個實施例中，本發(fā)明的銅-鎂-磷合金組成基本如下約0.01-約0.25重量％的鎂，約0.01-約0.2重量％的磷，約0.001-約0.1重量％的銀，約0.01-約0.25重量％的鐵以及余量的銅和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，鎂磷比為大于1.0。
在第二個實施例中，本發(fā)明的銅-鎂-磷合金組成基本如下約0.01-約0.25重量％鎂，約0.01-約0.2重量％磷，任選銀含量為約0.00l-約0.1重量％，至少一種元素選自鎳、鈷以及其混合物，其含量為約0.05-約0.2重量％，以及余量的銅和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的銅合金的其它細節(jié)，及其制備方法，以及其它優(yōu)點及其目的都將在以下說明書和附圖
中詳述，其中，表示類似的元素。
優(yōu)選實施例詳述本發(fā)明的合金為銅-鎂-磷合金。其特點在于具有高強度、高電導(dǎo)率、高強度×電導(dǎo)率系數(shù)、更佳的延展性和可成形性，以及更佳的耐軟化性。
本發(fā)明第一實施例中的銅基合金組成基本如下鎂含量為約0.01-約0.25重量％，優(yōu)選約0.07％-約0.15重量％，磷含量為約0.01-約0.2重量％，銀含量為約0.001-0.1重量％，鐵含量為約0.01-約0.25重量％，優(yōu)選為約0.01-約0.2％，并且最好為約0.01到最大約0.05％，以及余量銅和不可避免的雜質(zhì)。此類合金一般都有磷化物顆粒均勻地分布于合金基質(zhì)中，該磷化物顆粒具有最大約0.2微米的粒徑。此類磷化物顆粒在增加了合金強度的同時無損其可成形性和延展性。
此類合金可包括至少一種添加元素，其選自錫、硅、及其混合物。該至少一種添加元素含量低于約0.2重量％。一般在加入一種元素時，最少須加入0.001重量％。
此類合金還可包括最多0.1重量％的至少一種添加元素，其選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦以及其混合物。
進一步地，所述合金可包括最多約0.2％的添加元素，其選自鎳、鈷及其混合物。本發(fā)明的合金的優(yōu)選實施例含有鎳和鈷中的至少一種約0.05-約0.2％，并且最優(yōu)選為約0.11％-約0.20％。
在前述含量中的鐵增加了合金的強度，并促使產(chǎn)生細顆粒結(jié)構(gòu)。
在前述含量中的鎳和/或鈷為理想的添加物，因為其可通過精煉顆粒并形成磷化物。而且，它們對電導(dǎo)率具有積極效果。
前述添加的磷使金屬保持脫氧，從而可以在磷的設(shè)定范圍內(nèi)澆鑄無缺陷的金屬。在澆鑄合金熱處理過程中，磷與鐵和/或鐵與鎳和/或鐵與鎂和/或這些元素的組合形成磷化物，所述元素顯著地減少了電導(dǎo)率損失，如果此類物質(zhì)在基質(zhì)中完全呈固溶體狀態(tài)時將使電導(dǎo)率減弱。例如，呈固溶體的0.01％的磷將減少8％IACS電導(dǎo)率。呈固溶體的0.01％的鐵將使電導(dǎo)率進一步減少5.5％IACS。因此，為了使電導(dǎo)率在90％IACS以上，在溶體中應(yīng)有最低量的鐵和磷。
為了實現(xiàn)前述目的，向合金中加入前述量的鎂。進一步加入鎂使得Mg∶P比至少為1.0并優(yōu)選大于1.0，而且，所述合金元素的組成經(jīng)選擇，即所述元素按對電導(dǎo)率的影響來排列，P、Fe、Co(在加入的地方)可以最大量的磷化物形式存在，而不以溶體存在或以最小量存在。另一方面，呈溶體的鎂將使電導(dǎo)率降低最少，鎂按比例加入使得一些殘量鎂呈溶體態(tài)。殘量鎂確保未與鐵、鈷和鎳結(jié)合的磷與鎂結(jié)合(形成二磷化三鎂顆粒)。
可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的合金含有可不計含量的鐵和僅約0.0036重量％的呈溶體的磷(向合金加入了約5％磷)。而且，所述合金具有大約0.035重量％呈溶體的鎂。相比之下，含有0.108％鎂，0.068％磷，以及0.04％銀，和余量銅和不可避免的雜質(zhì)的鎂-磷-銀-銅合金含有大約0.0067％溶體磷(磷添加量約10％)和大約0.037％溶體鎂，導(dǎo)致較低的電導(dǎo)率。
本發(fā)明的合金最好熱處理形成約500-約2000埃的二磷化三鎂顆粒以及兩種粒徑范圍的磷化鐵顆粒，一種約1000-約2000埃的粗顆粒和一種約250-約600埃的細顆粒。二磷化三鎂顆粒和所述磷化鐵顆粒均勻地分布于合金基質(zhì)中。在本發(fā)明合金的優(yōu)選實施例中，粗磷化鐵顆粒對細磷化鐵顆粒的比例為約1∶3-約1∶6。具有前述粒徑的細磷化鐵顆粒的存在及其分布狀況使得本發(fā)明合金具有更佳的延展性和可成形性。由于細顆粒可使相同量的合金元素具有更多的顆粒，它們還提供較好的耐軟化性。
在冷加工條件下，本發(fā)明中制得的合金具有超過80ksi的強度和90％IACS的電導(dǎo)率。在軟化回火時，本發(fā)明合金的電導(dǎo)率可超過95％IACS。
本發(fā)明的合金可按圖中所示進行加工。該合金可采用任何本領(lǐng)域中已知的技術(shù)中的連續(xù)或非連續(xù)澆鑄技術(shù)進行澆鑄。例如，所述合金可采用水平澆鑄技術(shù)，直接激冷澆鑄技術(shù)，垂直澆鑄技術(shù)等等。在澆鑄后，所述合金可在約1200°F-約1600°F溫度范圍內(nèi)熱加工至所需的厚度。熱加工可包括任何本領(lǐng)域中已知適合的技術(shù)，包括但不限于熱軋制。在熱加工之后典型的材料厚度為約0.400英寸-約0.600英寸。
熱加工后，如果需要，所述合金還可經(jīng)淬火，如果需要還可在約1200°F-約1600°F的溫度下均質(zhì)化至少一個小時。此后，該材料的每一側(cè)均可軋制為0.020英寸-0.050英寸。所述淬火、均質(zhì)化和軋制可采用本領(lǐng)域中已知的任何適宜的設(shè)備及技術(shù)進行。
軋制后，本發(fā)明的合金可經(jīng)冷加工，諸如將軋制后的材料冷軋制到最終厚度，同時在溫度為約700°F-約1200°F進行1-20小時的至少一次退火操作，直至所述合金達到適宜的硬度。每一次退火可包括冷卻速度為每小時20-200°F的緩慢冷卻。一般將有一系列中間伴有退火的冷軋制步驟。在所述合金已被冷軋制成適宜的厚度后，所述合金可在約300-約750°F溫度下進行應(yīng)力消除退火至少一小時。
盡管該合金的生產(chǎn)工藝中包括熱加工步驟，如果不需要的話可省去該步驟。
本發(fā)明第一個實施方式中的合金的說明性實施例包括1)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、約0.001-約0.1重量％的銀、約0.01-約0.25重量％的鐵，最多為0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自鈣、硼、鈹、鋯、鉻、鈦及其混合物的第二添加元素，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)；2)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、約0.001-小于約0.05重量％的銀、約0.01-約0.05重量％的鐵，約0.05％-0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自鈣、硼、鈹、鋯、鈦、鉻及其混合物的第二添加元素，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)；3)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、最多約0.1重量％的銀、約0.05-約0.20重量％的鐵，約0.05-約0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的第一添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自鈣、硼、鈹、鉻、鋯、鈦及其混合物的第二添加元素，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)；4)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、約0.001-約0.1重量％的銀、約0.05-約0.25重量％的鐵，約0.05-0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，最多約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鈦、鋯及其混合物的第一添加元素，以及最多為約0.2重量％的選自硅、錫及其混合物的第二添加元素，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)。
下述實施例將用來說明本發(fā)明中制備的合金的性質(zhì)。實施例I本發(fā)明的第一合金，代號為合金A，含有含量為0.0807重量％的鎂、0.0668重量％的磷、0.0014重量％的銀、01121重量％的鐵，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)，經(jīng)澆鑄。第二合金，代號為合金B(yǎng)，含有含量為0.108重量％的鎂、0.068重量％的磷、0.04重量％的銀，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)，經(jīng)澆鑄。兩種合金均澆鑄為9＂厚。此后，每一種合金在1554°F下熱軋制至0.590＂，淬火，軋制至0.530＂，冷軋制為0.157＂并在790°F下退火4小時。退火后，兩種合金的卷經(jīng)冷軋制為0.080＂，并在900°F下退火保溫7.5小時；冷軋制成0.040＂，并在850°F下退火保溫11小時；然后冷軋制成0.0315＂-0.010＂厚度。
測定每一種合金的在不同厚度時的拉伸強度和電導(dǎo)率。結(jié)果列于表I中。
表I拉伸強度 電導(dǎo)率 拉伸強度-電導(dǎo)率系數(shù)(ksi) (％IACS)厚度 合金A 合金B(yǎng) 合金A合金B(yǎng)合金A合金B(yǎng).40＂45.741.495.1193.5243473872.0315＂ 58.453.795.7294.0655905051.025＂ 63.860.994.6794.0560405728.20＂67.764.794.6993.6164116057.016＂ 69.368.293.2192.8764596334.0127＂ 72.770 91.7391.0366696372.010＂ 74 71.591.2189.4767506397上述結(jié)果表明i)在每一溫度條件下，本發(fā)明合金的拉伸強度始終高于其它合金。由于所述合金傾向于電導(dǎo)率接近純銅，因此差異極為顯著。
ii)本發(fā)明的合金的電導(dǎo)率在相同的還原和回火條件下始終較高。
iii)本發(fā)明的合金每一次回火的強度電導(dǎo)率系數(shù)都非常高。本發(fā)明合金的平均值約比其它合金高約7％。由于所述其它合金已經(jīng)代表了現(xiàn)有的高電導(dǎo)率銅合金的強度和電導(dǎo)率最高值，因此這一點是非常有意義的。
如實施例I中所述，不同回火條件下(經(jīng)軋制并經(jīng)3分鐘鹽浴)的合金A和B的樣品經(jīng)歷兩種不同溫度，每次3分鐘。第一溫度為710°F，第二溫度為800°F。結(jié)果示于表II。
表II合金A 合金B(yǎng)厚度拉伸強度(KSI) 拉伸強度(KSI)(英寸) 經(jīng)軋制處理后 經(jīng)軋制 處理后710°F 800°F 710°F 800°F.010 7467.8 65.271.5 65.945.9.012572.7 66.5 64.570 64.649.4.016 69.3 63.7 61.968.2 62.155.0.020 67.7 61.8 60.664.7 59.356.8.025 63.8 58.4 57.160.9 55.854.0.031558.4 53.7 52.953.7 49.448.8
前述結(jié)果表明，在暴露于710°F和800°F后，本發(fā)明的合金具有更高的強度。在暴露于800°F的情況下，本發(fā)明的合金相對于在710°F時降低較小，在全部回火后殘留強度為初始強度的10-12％。其它合金的強度降低約為10-35％。明顯地，這些結(jié)果表明本發(fā)明的合金的耐熱軟化性能得到改善。
表III合金 拉伸強度 溫和彎曲 嚴(yán)格彎曲(ksi) 90° 180° 90° 180°MBR/tMBR/tMBR/tMBR/tA67.70 0.5 0 1B64.70 0.5 0 1A72.70 0.5 0.5 2B70.00 0.5 0.5 2上述結(jié)果表明本發(fā)明的合金在具有高強度的同時保持令人滿意的可成形性。
實施例I的合金的微觀結(jié)構(gòu)也經(jīng)過檢測，可以發(fā)現(xiàn)，合金A中的二磷化三鎂顆粒數(shù)兩倍于合金B(yǎng)。而且，合金A中的磷化鐵的數(shù)目兩倍于二磷化三鎂顆粒。
本發(fā)明合金的另一個實施例為銅基合金，其組成基本上為含量為約0.005-約0.25重量％的鎂、約0.005-約0.2重量％的磷、約0.05％-約0.2重量％的鎳、鈷或其混合物中的至少一種，優(yōu)選為約0.11％-約0.20％，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)。這些合金一般具有均勻分布于合金基質(zhì)中的磷化物顆粒，該磷化物顆粒最大尺寸為約0.2微米。在強化合金的同時，這些磷化物顆粒對可成形性和延展性沒有損害。
如果需要，可向合金中加入約0.001-0.1重量％的銀。
所述合金可包括選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素。該至少一種添加元素含量可低于約0.2重量％。通常，在加入一種元素時，其加入量最少為約0.001重量％。
所述合金還可包括最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鋯、鉻、鈦及其混合物的添加元素。
如果需要，可向合金中加入約0.01％-約0.05重量％的鐵以改善其強度。
由于可通過精煉顆粒改善強度，所述含量的鎳和/或鈷為理想的添加劑。此外，它們對電導(dǎo)率具有積極效果。在加入鈷時，優(yōu)選以Co∶P比為約4∶1到約6∶1的量加入。
前述磷添加物可使金屬保持脫氧，從而可以在磷的設(shè)定范圍內(nèi)澆鑄無缺陷的金屬。通過對所述澆鑄金屬的熱處理，磷與鎳及鎂和/或鈷及鎂和/或這些元素的組合形成磷化物，該磷化物將大大減少了如果這些物質(zhì)均在基質(zhì)中呈固溶體形式，而引起的電導(dǎo)率損失。例如，0.01％磷為固溶體將使電導(dǎo)率降低8％IACS。0.01％鈷為固溶體將使電導(dǎo)率降低4.0％IACS。0.01％鎳為固溶體將使電導(dǎo)率再降低1.0％IACS。因此，為了達到90％IACS以上的電導(dǎo)率，成為固溶體的磷和其它合金元素須最低。
為了實現(xiàn)上述目的，向合金中加入前述含量的鎂。加入鎂直至Mg∶P比大于1.0。而且，合金元素的組成經(jīng)選擇，根據(jù)對電導(dǎo)率的影響，P，Co和/或Ni(在加入的)以最大量的磷化物形式存在，而它們中沒有或以最少量呈固溶體形式存在。另一方面，在固溶體狀態(tài)下能引起最小電導(dǎo)率下降的鎂按一定比例加入，該比例可使殘量鎂呈固溶體存在。該殘量鎂可保證未與鈷和鎳等元素結(jié)合的磷與鎂結(jié)合(形成二磷化三鎂顆粒)。
本發(fā)明的合金經(jīng)熱處理形成約500-約2000埃的二磷化三鎂顆粒。二磷化三鎂顆粒均勻地分布于整個合金基質(zhì)中。
本發(fā)明的合金在冷處理條件下，具有超過80ksi的強度以及90％IACS的電導(dǎo)率。在軟化回火的條件下，本發(fā)明的合金電導(dǎo)率將超過95％IACS。
本發(fā)明的合金可如圖示進行處理。合金可采用任何本領(lǐng)域已知的適宜的連續(xù)或非連續(xù)澆鑄工藝進行澆鑄。例如，可采用水平澆鑄工藝、直接激冷鑄型澆鑄工藝、垂直澆鑄工藝等等。在澆鑄后，所述合金可在約1200°F-約1600°F的溫度下熱加工至所需厚度。所述的熱加工可包括任何本領(lǐng)域已知的適宜的技術(shù)，包括但不限于熱軋制。在熱加工后的一般材料厚度為0.400英寸-約0.600英寸。
熱加工后，在約1200°F-約1600°F溫度下，如果需要所述合金可經(jīng)過淬火，并且如果需要進行均質(zhì)化至少一小時。此后，它們可經(jīng)軋制將每一側(cè)去除0.020英寸-約0.050英寸?？赏ㄟ^任何本領(lǐng)域中已知的適宜的技術(shù)進行淬火、均質(zhì)化和軋制。
在軋制后，本發(fā)明的合金可經(jīng)冷加工，諸如從軋制產(chǎn)品冷軋制為成品厚度，同時在約700°F-約1200°F下進行1-20小時的至少一次退火操作，直至合金達到所需的回火。每一次退火可包括以每小時20-200°F冷卻速率緩慢冷卻。一般，一系列冷軋制步驟中間伴有退火。在合金冷軋制為成品厚度之后，所述合金將在約300-約750°F溫度下進行至少1小時的應(yīng)力消除退火。
盡管合金的加工包括熱加工步驟，如果不需要的話，該步驟可以被省略。
本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方式的合金的說明性實施例包括(1)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.07-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、最多約0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)，鎂磷比大于1.0；和(2)一種銅基合金的組成基本為含量為約0.005-小于約0.06重量％的鎂、約0.005-小于約0.05重量％的磷、最多約0.2重量％的鎳和/或鈷中的至少一種，小于約0.05重量％的鐵，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)，鎂磷比大于1.0。
與其它合金相比，本發(fā)明合金更高的強度、更高的電導(dǎo)率、好的可成形性以及增強的耐軟化性可由磷和鎂沉淀的增加得到解釋。由前述第一種合金實施方式，這些性能的改善還由更多的磷結(jié)合為磷化鐵以及磷化鐵顆粒以前述尺寸存在而引起。
明顯地，本發(fā)明的銅鎂磷合金完全實現(xiàn)了前述的方法、目的和優(yōu)點。盡管本發(fā)明已如說明書所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，其它的變化、替換和修改都是顯而易見的。因此，其它的替換、變化和修改均落在本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銅基合金，包括含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、約0.001-約0.1重量％的銀、約0.01-約0.25重量％的鐵，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，進一步包括，最多為約0.2重量％的選自鎳、鈷以及其混合物的添加物，最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦及其混合物的至少一種添加元素。
3.如權(quán)利要求2所述的銅基合金，其中，所述選自鎳、鈷以及其混合物的添加物含量為約0.11-約0.20重量％。
4.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，所述鎂添加物含量為約0.07％-約0.15重量％。
5.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，所述鐵添加物含量為約0.01％-約0.2重量％。
6.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，所述鐵添加物含量為約0.01重量％到最大約0.05重量％，以及其中所述選自鎳、鈷以及其混合物的添加物占所選擇添加物的約0.05％-約0.2％。
7.如權(quán)利要求6所述的銅基合金，進一步含有最多為0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦及其混合物的至少另一種添加元素。
8.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，所述鐵含量為約0.05％-約0.25重量％，以及其中所述合金進一步含有約0.05％-約0.2重量％的選自鎳、鈷以及其混合物的添加物。
9.如權(quán)利要求8所述的銅基合金，其中，所述選自鎳、鈷以及其混合物的添加物含量為約0.11-約0.20重量％，以及所述合金進一步含有最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦及其混合物的至少另一種添加元素。
10.如權(quán)利要求8所述的銅基合金，進一步含有最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦及其混合物的至少另一種添加元素。
11.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，鎂與磷的比例大于1.0，所述合金具有可以忽略不計的鐵和低于5％的所述磷溶體添加物，以及具有約0.035％或更低的溶體鎂。
12.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其中，所述合金含有粒度為約500-約2000埃的二磷化三鎂顆粒，以及包括粒度為約1000埃-約2000埃的粗磷化鐵顆粒和粒度為約250埃-約600埃的細磷化鐵顆粒在內(nèi)的磷化鐵顆粒。
13.如權(quán)利要求12所述的銅基合金，其中，所述合金包括基質(zhì)，所述二磷化三鎂顆粒和所述磷化鐵顆粒均勻地分布于整個基質(zhì)中，而且所述粗磷化鐵顆粒與細磷化鐵顆粒的比例為約1∶3-約1∶6。
14.如權(quán)利要求1所述的銅基合金，其拉伸強度超過80ksi，電導(dǎo)率大于90％I.A.C.S，強度×電導(dǎo)率系數(shù)大于7400，180度時，其嚴(yán)格MBR/t值在2.0或更小，溫和MBR/t值為0.5，90度時，其嚴(yán)格MBR/t值在0.5或更小，溫和MBR/t值約為0。
15.一種銅基合金，其特征在于鎂含量為約0.07-約0.25重量％，磷含量為約0.01-約0.2重量％，至少一種選自鎳、鈷及其混合物的元素含量為約0.05-約0.2重量％，以及余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述鎂磷比大于1.0。
16.如權(quán)利要求15所述的銅基合金，進一步包括鐵，含量為約0.01-約0.05重量％。
17.如權(quán)利要求15所述的銅基合金，進一步包括銀，含量為約0.001-0.1重量％。
18.如權(quán)利要求15所述的銅基合金，其中，選自鎳、鈷及其混合物的至少一種元素含量為約0.11-約0.20重量％，并且其中，所述合金進一步包括最多為約0.2重量％，選自錫、硅及其混合物的至少一種添加元素，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鋯、鈦及其混合物的至少一種添加元素。
19.如權(quán)利要求15所述的銅基合金，溫和回火時，其拉伸強度超過80ksi，電導(dǎo)率大于90％I.A.C.S，強度×電導(dǎo)率系數(shù)大于7400，180度時，其嚴(yán)格MBR/t值在2.0或更小，溫和MBR/t值為0.5，90度時，其嚴(yán)格MBR/t值在0.5或更小，溫和MBR/t值約為0。
20.一種銅基合金，其特征在于鎂含量為約0.01-約0.25重量％，磷含量為約0.01-約0.2重量％，鐵含量最多為約0.05重量％，含量最多為約0.2重量％的至少一種選自鎳、鈷及其混合物的添加物，以及余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述合金的鎂磷比大于約1.0。
21.如權(quán)利要求20所述的銅基合金，進一步包括最多為約0.2重量％選自錫、硅及其混合物的至少一種添加物，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鈦、鋯及其混合物的至少一種添加元素。
22.如權(quán)利要求20所述的銅基合金，其中所述選自鎳、鈷及其混合物的添加物含量為約0.11-約0.20重量％。
23.一種銅基合金，其特征在于鎂含量為約0.005至最大約0.06重量％，磷含量為約0.005至最大約0.05重量％，鐵含量低于約0.05重量％，含量最多為約0.2重量％的選自鎳、鈷及其混合物的添加物，以及余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述合金的最低鎂磷比為1.0。
24.如權(quán)利要求23所述的銅基合金，所述鎂磷比大于1.0。
25.如權(quán)利要求23所述的銅基合金，其中所述選自鎳、鈷及其混合物的元素含量為約0.11-約0.20重量％。
26.如權(quán)利要求23所述的銅基合金，進一步包括最多為約0.2重量％的選自錫、硅及其混合物的添加物，以及最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鈦、鋯及其混合物的添加物。
27.一種制備具有電導(dǎo)率為至少90％IACS和拉伸強度為80ksi的銅基合金的方法，其特征在于包括步驟澆鑄基本上鎂含量為約0.1-約0.25重量％，磷含量為約0.01-約0.2重量％，銀含量為約0.001-0.1重量％，鐵含量為約0.01-約0.25重量％，以及余量為銅和不可避免的雜質(zhì)的合金；以及對所述澆鑄合金進行熱處理，以形成粒度為約500-約2000埃的二磷化三鎂顆粒，并形成粒度為約1000埃-約2000埃的粗磷化鐵顆粒和粒度為約250埃-約600埃的細磷化鐵顆粒。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述熱處理步驟包括在溫度為約1200°F-1600°F下至少將所述熔煉合金淬火或?qū)⑺龊辖鹁|(zhì)化至少1小時。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述熱處理步驟包括在溫度為約1200°F-1600°F下將所述澆鑄合金熱加工。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述熱處理步驟進一步包括將所述合金冷加工至合格厚度，并且所述冷加工步驟包括在約700°F-約1200°F的溫度下進行具有至少一次間歇退火的多步冷軋制步驟1-20小時。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征進一步在于，每次所說的退火后以每小時20-200F的速率緩慢冷卻，并且在約300°F-約750°F的溫度下將所述合金應(yīng)力消除退火至合格厚度。
32.一種制備具有電導(dǎo)率為至少90％IACS和拉伸強度為80ksi的銅基合金的方法，其特征在于包括步驟澆鑄基本上鎂含量為約0.07-約0.25重量％，磷含量為約0.01-約0.2重量％，含量最多為約0.2重量％的至少一種選自鎳、鈷及其混合物的元素，鐵含量最多為約0.5重量％，以及余量為銅和不可避免的雜質(zhì)的合金，所述鎂磷比為至少1.0；以及對所述澆鑄合金進行熱處理，以形成粒度為約500-約2000埃的均勻分布于整個合金基質(zhì)中二磷化三鎂顆粒。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理步驟包括在溫度為約1200°F-1600°F下至少將所述澆鑄合金淬火或?qū)⑺龊辖鹁|(zhì)化至少1小時。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理步驟包括在溫度為約1200°F-1600°F下將所述澆鑄合金熱加工。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述熱處理步驟進一步包括將所述合金冷加工至合格厚度，并且所述冷加工步驟包括在約700°F-約1200°F的溫度下進行具有至少一次間歇退火的多步冷軋制步驟1-20小時。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征進一步在于，每次所說的退火后以每小時20-200°F的速率緩慢冷卻，并且在約300°F-約750°F的溫度下將所述合金應(yīng)力消除退火至合格厚度。
37.一種銅基合金，其組成為含量為約0.01-約0.25重量％的鎂、約0.01-約0.2重量％的磷、約0.001-約0.1重量％的銀、約0.05-約0.25重量％的鐵，約0.05-約0.2重量％的選自鎳、鈷以及其混合物的第一種添加物，最多為約0.1重量％的選自硼、鈹、鈣、鉻、鈦、鋯及其混合物的第二種添加物，以及最多為約0.2重量％的選自硅、錫及其混合物的第三種添加物，以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及銅－鎂－磷合金。在第一種實施方式中,本發(fā)明的銅－鎂－磷合金含約0.01－約0.25重量%的鎂、約0.01－約0.2重量%的磷、約0.001－約0.1重量%的銀、約0.01－約0.25重量%的鐵,以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì),優(yōu)選鎂－磷比大于1.0。在第二實施方式中,本發(fā)明的銅－鎂－磷合金含約0.01－約0.25重量%的鎂、約0.01－約0.2重量%的磷、任選約0.001－約0.1重量%的銀、約0.05%－0.2重量%的鎳和/或鈷中的至少一種,以及余量的銅及不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號C22F1/08GK1353774SQ00802781
公開日2002年6月12日 申請日期2000年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月7日
發(fā)明者阿肖克·K·巴爾加瓦 申請人:沃特伯里軋機公司