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CN118755993A - 一种电子用高性能铜合金及其制备方法 - Google Patents

一种电子用高性能铜合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子用高性能铜合金及其制备方法，涉及电子材料技术领域。本发明利用纳米银和纳米锡改性铜合金，高温条件下，熔融的金属相互渗透，填充粒子间的空隙使其连接更紧密，从而提高基体导电性能和力学性能，接着，在高氧压的条件下，将以铝、铬、碳化钨为主的合金粉末通过激光能量辐射，熔化和凝固与基体进行冶金结合，基体表面首先生成三氧化二铬氧化膜，使得氧化膜界面处氧活度降低，促进铝形成致密、完整连续的氧化铝保护膜，接着，其中的碳化钨形成形核核心，使得周围组织细化，提升涂层的力学性能，并增强基体的耐高温氧化性。

Description

一种电子用高性能铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，具体为一种电子用高性能铜合金及其制备方法。
背景技术
随着人类对自然界的认识和改造能力的不断进步，我们进入了电气化和电子信息高度发展的现代社会。电子设备中大量使用的集成电路，高速铁路运输，电力传输，尖端工业设备等与社会发展和民生建设密切联系的诸多方面都需要铜的广泛参与，纯铜一般具有较好的导电，导热，耐蚀和易加工等性能。但其强度往往不能达到相关使用要求，因而需要强化；而铜合金因其出色的导热、导电和耐腐蚀等性能，被广泛应用于各工业领域，但传统的铜合金在强化时往往会部分地牺牲如导电性、导热性、耐蚀性等其它性能，无法形成良好的综合使用性能，并且在长期工作的极端条件下，铜合金容易产生各种磨损和腐蚀失效现象，而铜合金的失效会对工程的生产和制造产生巨大的经济损失；因此，发明一种电子用高性能铜合金显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子用高性能铜合金及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电子用高性能铜合金，所述电子用高性能铜合金由合金粉末通过激光熔覆形成的涂层包覆改性铜合金制得。
进一步的，所述改性铜合金由纳米银和纳米锡在高温条件下对铜合金改性制得。
进一步的，一种电子用高性能铜合金的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将纳米银、纳米锡、铜合金混合，进行真空熔炼，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；
(2)在高氧压条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，得电子用高性能铜合金。
进一步的，步骤(1)所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％。
进一步的，步骤(1)所述真空度为0.1Pa。
进一步的，步骤(1)所述熔炼温度为950～1100℃、时间为3～6h。
进一步的，步骤(1)所述纳米银、纳米锡、铜合金的质量比为1:1～3:50。
进一步的，步骤(2)所述高氧压的气压为260～350kPa。
进一步的，步骤(2)所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％。
进一步的，步骤(2)所述激光熔覆工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明通过添加纳米银增强铜合金的电导性，随后加入锡粒子，高温条件下，熔融的金属相互渗透，填充粒子间的空隙使其连接更紧密，从而提高导电性能，其中银粒子表面的氧化银被分解成银和氧气，两者皆与锡发生反应，一部分生成金属间化合物，能够限制银离子的迁移运动，提高基体的稳定性，另一部分生成氧化锡，从而增强铜合金的力学性能并使其实现耐高温氧化的效果，接着，在高氧压的条件下，将以铝、铬、碳化钨为主的合金粉末通过激光能量辐射，熔化和凝固与基体进行冶金结合，在氧化初期，基体表面首先生成三氧化二铬氧化膜，使得氧化膜界面处氧活度降低，促进铝形成致密、完整连续的氧化铝保护膜，接着，其中的碳化钨形成形核核心，使得周围组织细化，提升涂层的力学性能，并增强基体的耐高温氧化性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的电子用高性能铜合金的各指标测试方法如下：
导电性：取相同大小的实施例与对比例通过四端网络法先求出电阻，再根据样品尺寸，得出导电率。
耐高温氧化：取相同大小的实施例与对比例在氧气条件下，300℃烘烤5h，取出，冷却至室温，记录其有无变色。
力学性能：取相同大小的实施例与对比例参照JISZ2201和JISZ2241，测试样品抗拉强度。
实施例1
(1)将纳米银、纳米锡、铜合金混合，950℃、真空度为0.1Pa下熔炼3h，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；所述纳米银、纳米锡、铜合金的质量比为1:1:50；所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％；
(2)在气压为260kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％。
实施例2
(1)将纳米银、纳米锡、铜合金混合，1025℃、真空度为0.1Pa下熔炼4h，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；所述纳米银、纳米锡、铜合金的质量比为1:2:50；所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％；
(2)在气压为310kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％。
实施例3
(1)将纳米银、纳米锡、铜合金混合，1100℃、真空度为0.1Pa下熔炼6h，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；所述纳米银、纳米锡、铜合金的质量比为1:3:50；所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％；
(2)在气压为350kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％。
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于步骤(1)不同，将步骤(1)改为：将纳米锡、铜合金混合，1025℃、真空度为0.1Pa下熔炼4h，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；所述纳米锡、铜合金的质量比为2:50；所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％；其余步骤同实施例2。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于步骤(1)不同，将步骤(1)改为：将纳米银、铜合金混合，1025℃、真空度为0.1Pa下熔炼4h，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；所述纳米银、铜合金的质量比为1:50；所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％；其余步骤同实施例2。
对比例3
对比例3与实施例2的区别在于无步骤(1)；其余步骤同实施例2。
对比例4
对比例4与实施例2的区别在于步骤(2)不同，将步骤(2)改为：在气压为310kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铬45％、碳化钨30％、镍20％、钴5％；其余步骤同实施例2。
对比例5
对比例5与实施例2的区别在于步骤(2)不同，将步骤(2)改为：在气压为310kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝45％、碳化钨30％、镍20％、钴5％；其余步骤同实施例2。
对比例6
对比例6与实施例2的区别在于步骤(2)不同，将步骤(2)改为：在气压为310kPa的氧气条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝40％、铬35％、镍20％、钴5％；其余步骤同实施例2。
对比例7
对比例7与实施例2的区别在于步骤(2)不同，将步骤(2)改为：将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，其工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s，得电子用高性能铜合金；所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％；其余步骤同实施例2。
对比例8
对比例8与实施例2的区别在于无步骤(2)；其余步骤同实施例2。
效果例
下表1中给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至7的电子用高性能铜合金的性能分析结果。
表1
从表1中实施例与对比例实验结果对比可发现，本发明利用纳米银和纳米锡改性铜合金，高温条件下，熔融的金属相互渗透，填充粒子间的空隙使其连接更紧密，从而提高导电性能，其中银粒子表面的氧化银被分解成银和氧气，两者皆与锡发生反应，一部分生成金属间化合物，能够限制银离子的迁移运动，提高基体的稳定性，另一部分生成氧化锡，从而增强铜合金的力学性能并使其实现耐高温氧化的效果，接着，在高氧压的条件下，将以铝、铬、碳化钨为主的合金粉末通过激光能量辐射，熔化和凝固与基体进行冶金结合，先生成三氧化二铬氧化膜，使得氧化膜界面处氧活度降低，促进铝形成致密、完整连续的氧化铝保护膜，接着，其中的碳化钨形成形核核心，使得周围组织细化，提升涂层的力学性能，并增强基体的耐高温氧化性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种电子用高性能铜合金，其特征在于，所述电子用高性能铜合金由合金粉末通过激光熔覆形成的涂层包覆改性铜合金制得。
2.根据权利要求1所述的一种电子用高性能铜合金，其特征在于，所述改性铜合金由纳米银和纳米锡在高温条件下对铜合金改性制得。
3.一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)将纳米银、纳米锡、铜合金混合，进行真空熔炼，随后倒入模具中，冷却至室温，得改性铜合金；
(2)在高氧压条件下，将合金粉末通过激光熔覆包覆改性铜合金，得电子用高性能铜合金。
4.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铜合金成分的质量百分比为：锌29％、锰3％、铁2％、铜66％。
5.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空度为0.1Pa。
6.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述熔炼温度为950～1100℃、时间为3～6h。
7.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纳米银、纳米锡、铜合金的质量比为1:1～3:50。
8.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高氧压的气压为260～350kPa。
9.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述合金粉末成分的质量百分比为：铝30％、铬30％、碳化钨15％、镍20％、钴5％。
10.根据权利要求3所述的一种电子用高性能铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述激光熔覆工艺参数：激光功率为1500W、扫描速度为2mm/s。
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