一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法与流程
1.本发明属于铜合金领域，具体涉及一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法。
背景技术：
2.铜镍硅材料具有较高的强度、优良的导电、抗应力松弛及导热性能好等特点，是航空航天、卫星导航系统、5g通讯、新型汽车、网络、智能家居、大规模集成电路等重点领域所必须和急需的关键基础材料。但导电导、热性能比传统的铜铁合金要低，不能满足一些零件的导电、导热需求，但铜铁合金又存在强度不够问题。
3.现有技术中，2010年6月2日公开的公开号为cn 101717877a的中国专利，公开了一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法，镍1.6-2.2％,硅0.4-0.8％,稀土合金0.008％,铜96.002-97.002％。上述铜镍硅青铜合金材料,是通过配料、熔炼、铸造、锯切、挤压、拉伸、矫直、检验、包装入库这些工艺制备,本发明所述的一种铜镍硅青铜合金材料,抗应力腐蚀能力增强；性能主要变化有硬度值降低,晶粒度减小。但是，该技术采用稀土合金，成本高，而且，产品性能强度较低，不能达到本领域对铜镍硅合金材料性能要求。
4.2018年6月22日公开的公开号为cn108193080a的中国专利，公开了高强度、高导电耐应力松弛铜镍硅合金材料及其制备方法，成分为：为：ni 1.5～3.5％，co 0.2～0.5％，si 0.25～1.0％，cr 0.05～0.5％，mg 0.05～0.1％，混合稀土0.005～0.01％，混合稀土为gd和ce，其中gd与ce的质量比为2:1，其余为cu。通过熔炼及铸造，热轧，固溶处理，铣面，一次冷轧，一次时效处理，二次冷轧，二次时效处理等工序得到该合金材料。该合金材料具有高强度、高导电、优良应力松弛性能、耐磨、耐蚀等性能，可以用于制作引线框架和弹性元件，广泛应用于电子电器、航空航天、仪器仪表等行业。其采用了混合稀土0.005～0.01％，混合稀土为gd和ce，成本高，市场竞争力小。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法，通过设计成分中镍含量较低，实现低浓度镍，配合本技术的制备工艺，能控制析出相的大小、分布，提高材料的强度和导电率。
6.本发明具体技术方案如下：
7.一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
8.ni1.0-1.8％，si0.15-0.25％，p0.01-0.03％,zn0.2-0.5％,sn0.02-0.05％，mg≤0.02％，余量为cu。
9.所述低浓度铜镍硅合金材料，成分中，ni：si＝4-8：1；
10.所述低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：600～700mpa；屈服强度：550～680mpa；
11.所述低浓度铜镍硅合金材料，导电性能达到≥60％ iacs；
12.所述低浓度铜镍硅合金材料，折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现任何缺陷。
13.所述低浓度铜镍硅合金材料的析出相的大小在100nm以下；
14.本发明提供的一种低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
15.1)熔炼；
16.2)铸造；
17.3)热轧；
18.4)一次固溶处理；
19.5)铣面；
20.6)一次冷轧；
21.7)二次固溶处理；
22.8)时效处理；
23.9)清洗；
24.10)二次冷轧；
25.11)去应力退火；
26.12)矫正；
27.13)分切；
28.14)包装。
29.步骤1)所述熔炼，在1200-1300℃条件下进行；
30.步骤2)所述铸造，在1180-1250℃进行；
31.步骤3)中，控制热轧温度930-990℃；
32.步骤4)中所述一次固溶处理，处理温度700℃以上；
33.步骤7)中所述二次固溶处理是指：通过气垫炉二次固溶处理；处理温度700℃～850℃，处理时间10～30秒；
34.步骤8)时效处理具体为：450～550℃处理8～12小时；
35.步骤11)中所述去应力退火，退火温度450～550℃，退火时间5～15秒。
36.与现有技术相比，本发明通过镍含量较低的成分设计，控制ni：si＝4～8：1，实现低浓度镍成分，配合本技术的制备工艺，能够实现控制析出相的大小、分布，使析出相分布更均匀，析出相更小，在提高产品导电率的同时，具有较高的强度，而且，产品折弯表面光滑，改善折弯表面有橘皮的问题。本发明制备的材料大大的提高了材料的导电性能，使得导电性能达到铜铁合金水平，且强度和耐腐蚀性大大优于铜铁合金。
附图说明
37.图1为对比例3产品折弯表面，有橘皮；
38.图2为实施例1产品折弯表面，光滑；
39.图3为对比例3产品组织图；
40.图4为实施例1产品组织图。
具体实施方式
41.实施例1
42.一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
43.ni 1.1％，si 0.16％，p0.01％,zn0.2％,sn0.03％，mg0.01％，余量为cu，成分中，ni：si＝6.88：1。
44.实施例1低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
45.1)熔炼：在1243℃条件下进行；
46.2)铸造：在1211℃条件下进行；
47.3)热轧：热轧温度975℃；
48.4)一次固溶处理；处理温度736℃以上；
49.5)铣面；
50.6)一次冷轧；
51.7)二次固溶处理：通过气垫炉二次固溶处理；温度730℃，处理时间15秒；
52.8)时效处理：在500℃处理10小时；
53.9)清洗；
54.10)二次冷轧；
55.11)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
56.12)矫正；
57.13)分切；
58.14)包装。
59.实施例1生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：635mpa，屈服强度：580mpa；导电性能达到64％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑，如图2；实施例1产品组织图，如图4，析出相的大小在100nm以下。
60.实施例2
61.一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
62.ni 1.2％，si0.17％，p0.02％,zn0.23％,sn0.03％，mg0.011％，余量为cu，成分中，ni：si＝7.06：1。
63.实施例2低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
64.1)熔炼：熔炼温度1251℃；
65.2)铸造：铸造温度1196℃；
66.3)热轧：热轧温度983℃；
67.4)一次固溶处理：处理温度721℃以上；
68.5)铣面；
69.6)一次冷轧；
70.7)二次固溶处理：采用气垫炉二次固溶处理，温度750℃，时间15秒；
71.8)时效处理：在460℃处理12小时；
72.9)清洗；
73.10)二次冷轧；
74.11)去应力退火：退火温度450℃，处理时间15秒；
75.12)矫正；
76.13)分切；
77.14)包装。
78.实施例2生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：643mpa；屈服强度：583mpa；导电性能达到62％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现缺陷，折弯表面光滑。
79.实施例3
80.一种低浓度铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
81.ni 1.5％，si 0.20％，p 0.01％,zn 0.3％,sn 0.03％，mg 0.010％，余量为cu，成分中，ni：si＝7.5：1。
82.实施例3低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：
83.1)熔炼：熔炼温度为1280℃；
84.2)铸造：铸造温度为1232℃；
85.3)热轧：控制热轧温度969℃；
86.4)一次固溶处理：处理温度717℃以上；
87.5)铣面；
88.6)一次冷轧；
89.7)二次固溶处理：采用气垫炉二次固溶处理，处理温度820℃，处理时间10秒；
90.8)时效处理：时效处理温度550℃，处理时间8小时；
91.9)清洗；
92.10)二次冷轧；
93.11)去应力退火：退火温度550℃，退火时间7秒；
94.12)矫正；
95.13)分切；
96.14)包装。
97.实施例3生产的低浓度铜镍硅合金材料，抗拉强度：648mpa；屈服强度：593mpa；导电性能达到63％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现缺陷，折弯处表面光滑。
98.对比例1
99.一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：ni1.2％，si0.22％，p0.01％,zn 0.2％,sn0.04％，mg0.013％，余量为cu，成分中，ni：si＝5.5：1
100.对比例1铜镍硅合金材料的生产方法如下：
101.1)熔炼：熔炼温度1235℃；
102.2)铸造：铸造温度1217℃；
103.3)热轧：热轧温度987℃；
104.4)一次固溶处理；处理温度717℃以上；
105.5)铣面；
106.6)一次冷轧；
107.7)二次固溶处理：气垫炉二次固溶处理；处理温度730℃，时间15秒；
108.8)时效处理：时效处理温度400℃，时间12小时；
109.9)清洗；
110.10)冷轧；
111.11)去应力退火：退火温度500℃，退火时间10秒；
112.12)矫正；
113.13)分切；
114.14)包装。
115.对比例1铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：573mpa；屈服强度：478mpa；导电性能达到51％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑。
116.对比例2
117.一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：
118.ni1.1％，si0.31％，p0.011％,zn0.21％,sn0.03％，mg0.01％，余量为cu，成分中，ni：si＝3.5：1。
119.对比例2的生产方法如下：
120.1)熔炼：控制熔炼温度1268℃；
121.2)铸造：铸造温度1232℃；
122.3)热轧；热轧温度983℃；
123.4)一次固溶处理；温度721℃以上；
124.5)铣面；
125.6)一次冷轧；
126.7)二次固溶处理：气垫炉二次固溶处理730℃，时间15秒；
127.8)时效处理：处理温度500℃,时间10小时；
128.9)清洗；
129.10)一次冷轧；
130.11)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
131.12)矫正；
132.13)分切；
133.14)包装。
134.对比例2铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：651mpa；屈服强度：569mpa导电性能达到56％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现任何缺陷，折弯表面光滑。
135.对比例3
136.一种铜镍硅合金材料，包括以下质量百分比成分：ni 1.3％，si 0.21％，p0.01％,zn0.3％,sn0.03％，mg0.012％，余量为cu，成分中，ni：si＝6.2：1
137.对比例3的生产方法同实施例1，区别在于不进行二次固溶处理。
138.1)熔炼：熔炼温度1251℃；
139.2)铸造：铸造温度1207℃；
140.3)热轧；热轧温度983℃；
141.4)固溶处理；处理温度727℃以上；
142.5)铣面；
143.6)一次冷轧；
144.7)时效处理：处理温度500℃,时间10小时；
145.8)清洗；
146.9)二次冷轧；
147.10)去应力退火：退火温度500℃，时间10秒；
148.11)矫正；
149.12)分切；
150.13)包装。
151.对比例3铜镍硅合金材料性能如下：抗拉强度：623mpa；屈服强度：571mpa；导电性能达到63％ iacs；折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度折弯开裂。图1为对比例3产品折弯表面，有橘皮。图3为对比例3产品组织图，析出相尺寸较大，不均匀。
技术特征：
1.一种低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料包括以下质量百分比成分：ni1.0-1.8％，si0.15-0.25％，p0.01-0.03％,zn0.2-0.5％,sn0.02-0.05％，mg≤0.02％，余量为cu。2.根据权利要求1所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料，成分中，ni：si＝4-8：1。3.根据权利要求1或2所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料，600～700mpa；屈服强度：550～680mpa；导电性能达到≥60％iacs。4.根据权利要求1-3任一项所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料的折弯性能：横向纵向在r/t＝1.5，180度不出现任何缺陷。5.根据权利要求1-4任一项所述的低浓度铜镍硅合金材料，其特征在于，所述低浓度铜镍硅合金材料的析出相的大小在100nm以下。6.一种权利要求1-5任一项所述低浓度铜镍硅合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)熔炼；2)铸造；3)热轧；4)一次固溶处理；5)铣面；6)一次冷轧；7)二次固溶处理；8)时效处理；9)清洗；10)二次冷轧；11)去应力退火；12)矫正；13)分切；14)包装。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，控制热轧温度930-990℃。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤7)中所述二次固溶处理是指：处理温度700℃～850℃，处理时间10～30秒。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤8)时效处理具体为：450～550℃处理8～12小时。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤11)中所述去应力退火，退火温度450～550℃，退火时间5～15秒。
技术总结
本发明提供了一种低浓度铜镍硅合金材料及其制备方法，包括以下质量百分比成分：i1.0-1.8％，Si0.15-0.25％，P0.01-0.03％,Zn0.2-0.5％,Sn0.02-0.05％，Mg≤0.02％，余量为Cu。与现有技术相比，本发明通过镍含量较低的成分设计，控制i：Si＝4～8：1，实现低浓度镍成分，配合本申请的制备工艺，能够实现控制析出相的大小、分布，分布更均匀，析出相更小，在提高产品导电率的同时，具有较高的强度，而且，产品折弯表面光滑，改善折弯表面有橘皮的问题。题。题。
