C70250銅合金帶材的研制

李 娜,李永林,朱寶輝,任麗萍

(1.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000;2.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司,寧夏石嘴山 753000)

·材 料·

C70250銅合金帶材的研制

李 娜1,李永林2,朱寶輝2,任麗萍2

(1.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000;2.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司,寧夏石嘴山 753000)

研究了高強度Cu-Ni-Si系代表性合金C70250銅合金帶材的制備及熱處理對組織和性能的影響,研究結(jié)果表明:C70250銅合金具有很好的固溶軟化效果以及很好的時效強化性能,該合金的最佳時效溫度為390～410℃,保溫1～2 h,可獲最佳的強化效果,抗拉強度可以達(dá)到728.8 MPa,強化后的導(dǎo)電率可以達(dá)到36.37%。導(dǎo)電率隨著強化效果的增加而降低,但可以通過調(diào)整時效熱處理工藝獲得強度和導(dǎo)電率的最佳匹配。

C70250;銅合金;帶材

隨著信息時代的到來,IT產(chǎn)業(yè)正席卷全球,而集成電路又是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的核心。集成電路是由芯片和引線框架經(jīng)封裝而成,其中引線框架起著支撐芯片、聯(lián)接外部電路、散失工作過程的熱量等作用[1]。由于集成電路向大規(guī)模、超大規(guī)模方向發(fā)展,因此對引線框架的性能提出了更高的要求[2,3]。

在20世紀(jì)80年代初期,高銅合金以其優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和價格低廉、加工成型性好等優(yōu)勢,取得了驚人的發(fā)展。到目前為止,已開發(fā)出的銅基引線框架材料主要有Cu-Ni-Si系、Cu-Fe-P系、Cu-Cr-Zr系及Cu-Ag系等,使用較多的有Cu-Fe-P,Cu-Ni-Si及Cu-Cr-Zr系列。一般來說,電導(dǎo)率高則強度低,強度高則電導(dǎo)率很難提高。Cu-Ni-Si系列合金兼有高強度和高導(dǎo)電的特性,與目前常用的Cu-Fe系引線框架材料相比,Cu-Ni -Si系列合金沒有磁性,因而成為超大規(guī)模集成電路的理想用材,是目前較有前途的引線框架材料之一[4,5]。目前,我國還停留在對其工藝調(diào)整階段,在新產(chǎn)品開發(fā)上與國外還有很大的差距[6]。C70250銅合金是一種Cu-Ni-Si系合金,具有很強的時效強化性能,并兼有高導(dǎo)電的特性,是一種理想的引線框架材料。本文通過對C70250銅合金帶材的研制以及對其熱處理和性能的研究,希望能為該材料的推廣、生產(chǎn)和應(yīng)用起到一定的推動作用。

1 實 驗

1.1 合金鑄錠制備

實驗所用原料為:1#電解銅、1#電解鎳、2#硅和1級鎂。配料后采用ZG-0.025中頻感應(yīng)電爐制備鑄錠。鑄錠規(guī)格為Φ88 mm×170 mm,采用X射線熒光光譜儀測定其化學(xué)成分,檢測結(jié)果見表1。然后經(jīng)車床和鋸床扒皮、切縮尾后得到尺寸為Φ81 mm× 137 mm的光錠作為實驗錠坯。

表1 合金的化學(xué)成分%

1.2 帶材制備

帶材的加工工藝流程如圖1所示。

圖1 C70250銅合金帶材加工工藝流程圖

對Φ81 mm×137 mm錠坯采用ZDT-26型電阻爐內(nèi)加熱,一火次鍛造(1 t空氣錘)至板坯尺寸為:32 mm×140 mm×160 mm。板材采用電阻爐加熱,連續(xù)熱軋至厚度6 mm的板材,取樣進行固溶(780℃×10 min水冷)實驗。對6 mm厚的板材經(jīng)過連續(xù)冷軋至0.1 mm厚帶材,取樣分別進行不同溫度(400℃、440℃、480℃)和不同保溫時間(1 h、1.5 h、2 h、2.5 h)的時效實驗。在HVS-1000顯微硬度計上進行硬度測試,采用INSTRON 5582萬能試驗機上進行拉伸性能測試,采用Model 2182 Nanovoltmeter電阻儀測定其導(dǎo)電率。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 板材固溶態(tài)顯微組織和力學(xué)性能

對6 mm厚的板材進行固溶(780℃×10 min水冷)處理,固溶態(tài)的顯微組織圖如圖2所示,硬度檢測結(jié)果見表2。由圖2可以看出鑄造態(tài)組織已經(jīng)全部消除,但晶粒大小不均勻,仍然存在部分大的晶粒及長條粗晶,說明變形不充分而且極不均勻。從硬度檢測來看,板材硬度比較均勻,而且硬度值都不超過100,所以材質(zhì)比較軟,說明固溶軟化效果很好,可以繼續(xù)進行后續(xù)冷變形加工。

表2 硬度檢測結(jié)果

圖2 板材固溶態(tài)的顯微組織

2.2 帶材不同溫度、不同時間時效后的拉伸性能和導(dǎo)電率

對0.1 mm厚的帶材取樣,分別采取400℃、440℃、480℃和2.5 h、2 h、1.5 h、1 h不同工藝參數(shù)時效處理,試驗后的拉伸性能和導(dǎo)電率測試結(jié)果見表3。由表3可以看出,試樣在400℃加熱經(jīng)保溫1.5 h進行時效處理的強化效果最好,保溫1.5 h后隨時間的延長強度開始下降。時效溫度在440℃和480℃的強化效果隨溫度的增加也在下降,相同的時效溫度隨著時效時間的延長強度也在下降。導(dǎo)電率隨著時效溫度提高逐漸在增加,恰與強化效果相反。

2.3 時效工藝對顯微硬度的影響

不同厚度0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm帶材經(jīng)過390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、480℃不同溫度和保溫1 h的時效處理,其顯微硬度檢測結(jié)果如圖3所示。

表3 不同時效工藝參數(shù)對拉伸性能和導(dǎo)電率的影響

圖3 時效處理溫度對帶材顯微硬度的影響

由圖3可看出,不同厚度的帶材,隨時效處理溫度的升高,其顯微硬度均存在各自的峰值,在390～410℃之間出現(xiàn)峰值,隨后下降,在440～480℃開始快速下降。不同厚度0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm的帶材加工率依次降低。其中,0.1 mm厚的帶材加工率最大,峰值出現(xiàn)在400℃,但隨著溫度上升軟化趨勢卻最明顯。0.15 mm厚的帶材加工率居中,峰值出現(xiàn)比較早,約在390℃左右,隨著溫度上升開始軟化比較快,約在440℃左右開始軟化趨勢居中。0.2 mm厚的帶材加工率最小,峰值出現(xiàn)390～400℃之間,隨著溫度上升開始軟化也比較快,隨后逐漸減緩,約在440℃左右軟化迅速,但軟化趨勢在三者當(dāng)中為最緩。

不同厚度帶材在400℃進行不同時間的時效處理,其對帶材抗拉強度的影響如圖4所示,由圖4可以看出,隨時效時間的變化,合金抗拉強度也存在有峰值,在時效初期抗拉強度快速增加,在時效1～2 h之間抗拉強度變化緩慢,并達(dá)到峰值,2 h以后抗拉強度開始下降明顯。比較不同厚度帶材在相同時效工藝下的強化效果可以看出,加工率居中的0.15 mm厚的帶材強化效果最好,加工率最大的0.1 mm厚的帶材的強化效果最差。所以,選擇合適的加工率對強化效果影響也非常明顯。

3 結(jié) 論

1.C70250銅合金帶材采用中頻感應(yīng)電爐熔煉、熱軋和冷軋制備的帶材經(jīng)合適的熱處理工藝可以獲得高強高導(dǎo)的性能。

2.C70250銅合金最佳時效溫度為390～410℃,保溫1～2 h,可獲最佳的強化效果。

[1] 范莉,劉平,賈淑果,等.高強度Cu-Ni-Si系引線框架材料研究進展[J].熱加工工藝,2008,37(20):104-107.

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[3] 劉瑞清,王曉娟,蔡薇.銅合金引線框架材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].江西冶金,2003,23(6):81-83.

[4] Suzuki S,Shibutani N,Mimura K,et al.Improvement in strength and electrical conductivity of Cu-Ni-Si alloys by aging and cold rolling[J].J.Alloys Comp.,2006,417:116-117.

[5] Fujiwara H.Effect of alloy composition on precipitation behavior in Cu-Ni-Si alloys[J].Japan Inst.Metals,1998,62(4):301-302.

[6] 謝水生,李彥利,朱琳.電子工業(yè)用引線框架銅合金及組織研究[J].稀有金屬,2003,27(6):768-776.

Abstract:This paper studies the preparation and influence of heat treatment on the structure and properties of C70250 copper alloy of high strength Cu-Ni-Si alloy.The results show:the C70250 alloy has good solution treatment soften effect and good aging treatment to enhance strength;the best aging temperature of the alloy is 390～410℃,keeping this temperature for 1～2 hours,the alloy can get to the best stength;the Rm attain 728.8 MPa; the conduct electricity rate can attain 36.37%.The conduct electricity rate reduces with the strength increasing, but it can get the best match of strength and conduct electricity by adjusting the aging treatment process.

Key words:C70250;copper alloy;strip

The Development of Strip of C70250 Copper Alloy

LI Na1,LI Yong-lin2,ZHU Bao-hui2,Ren Li-ping2
(1.Northwest Rare Materials Research Institute,Shizuishan753000,China;
2.Ningxia Orient Tantalum Industry Co.Ltd,Shizuishan753000,China)

TG146.2

A

1003-5540(2012)01-0040-03

2011-11-06

李娜(1984-),女,助理工程師,主要從事稀有金屬及新型銅合金材料的研究和開發(fā)工作。