本發明涉及有色金屬帶材制備技術領域，尤其涉及一種cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法。
背景技術：
cu-ni-si系合金具有強度高、電導率較高、焊接性好、抗高溫軟化和耐蝕性高等優良特性，被廣泛用于引線框架、端子和連接器等電子器件。近年來，隨著電子信息產品向小型化、薄型化、輕量化、高速化、多功能化和智能化方向發展，以及集成電路向大規模和超大規模方向發展，對銅合金帶材的使用要求日益提高，例如，集成電路所用引線框架銅合金帶材的厚度目前已向0.1mm方向發展。這對引線框架用cu-ni-si系合金帶材制備加工提出了更高的技術要求。
目前cu-ni-si系合金帶材生產要經過熔煉、加熱、熱軋、銑面、粗軋、中間軋制、退火、精軋、退火等多道工序(參見《銅加工技術實用手冊》，鐘衛佳等，北京:冶金工業出版社,2007:1077)，生產流程長，且成材率低、產品質量和性能難以滿足高端用戶的需要。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種cu-ni-si-mg合金帶材短流程高效制備方法，解決傳統cu-ni-si系合金帶材生產方法工藝流程長、能耗大、成本高等問題，開發出一種連鑄-連續擠壓-軋制高效成形cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
一種cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)以銅源、鎳源、硅源和鎂源為原料，依次經熔化、連鑄、冷卻和拉坯得到cu-ni-si-mg合金桿坯；
(2)將所述步驟(1)得到的cu-ni-si-mg合金桿坯直接進行連續擠壓成形得到cu-ni-si-mg合金帶坯；
(3)將所述步驟(2)得到的cu-ni-si-mg合金帶坯依次進行軋制和時效處理得到cu-ni-si-mg合金帶材。
優選地，所述步驟(1)中熔化的溫度為1250～1400℃。
優選地，所述步驟(1)中冷卻為噴水冷卻，所述噴水冷卻的水流量為50～200ml/min，所述噴水冷卻的水溫度為20～30℃。
優選地，所述步驟(1)中拉坯的速率為10～300mm/min。
優選地，所述步驟(2)中連續擠壓成形在連續擠壓機中進行，所述連續擠壓機的擠壓轉速為3～15r/min。
優選地，所述步驟(3)中時效處理的溫度為400～500℃，所述時效處理的時間為1～4h。
優選地，所述步驟(3)中時效處理在惰性氣氛中進行。
優選地，所述步驟(3)中軋制的道次壓下率為5～50％。
優選地，所述步驟(3)中時效處理后還包括隨爐冷卻和冷精軋。
優選地，所述冷精軋的道次壓下率為5～30％。
本發明提供了一種cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法，包括以下步驟：以銅源、鎳源、硅源和鎂源為原料，依次經熔化、連鑄、冷卻和拉坯得到cu-ni-si-mg合金桿坯，cu-ni-si-mg合金桿坯直接進行連續擠壓成形得到cu-ni-si-mg合金帶坯，然后依次進行軋制和時效處理得到cu-ni-si-mg合金帶材。實施例表明，采用本發明制得的高表面質量的致密柱狀晶組織cu-ni-si-mg合金桿坯室溫延伸率大于45％，具有優良的塑性；本發明在制備cu-ni-si-mg合金桿坯過程中采用熔化、連鑄并結合冷卻強制措施，熔化中合金加熱到高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，再冷卻可實現連續鑄造和快速凝固，有效提高合金元素固溶強化和沉淀強化效果，以得到過飽和固溶體，實現固溶強化作用，最終獲得高性能cu-ni-si-mg合金帶材。
且本發明省卻了傳統cu-ni-si系合金生產方法中的銑面、熱軋和初軋等工序，簡化了工藝、減少了能源消耗、降低了成本、提高了生產效率，產品成品率達85％以上。
具體實施方式
本發明提供了一種cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)以銅源、鎳源、硅源和鎂源為原料，依次經熔化、連鑄、冷卻和拉坯得到cu-ni-si-mg合金桿坯；
(2)將所述步驟(1)得到的cu-ni-si-mg合金桿坯直接進行連續擠壓成形得到cu-ni-si-mg合金帶坯；
(3)將所述步驟(2)得到的cu-ni-si-mg合金帶坯依次進行軋制和時效處理得到cu-ni-si-mg合金帶材。
本發明以銅源、鎳源、硅源和鎂源為原料，依次經熔化、連鑄、冷卻和拉坯得到cu-ni-si-mg合金桿坯。本發明對所述銅源、鎳源、硅源和鎂源的用量比以及各原料中組分的含量沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的cu-ni-si-mg合金帶材中各元素的含量控制銅源、鎳源、硅源和鎂源的用量比以及選擇各原料即可，在本發明中，所述cu-ni-si-mg合金帶材優選包括以下質量百分含量的組分：鎳(0,2]％，硅(0,2]％，鎂(0,2]％，余量的銅，更優選為鎳1.2％，硅0.3％，鎂0.05％，余量的銅。
在本發明中，所述熔化的溫度優選為1250～1400℃，更優選為1300～1400℃，最優選為1350～1380℃。本發明中，cu-ni-si系合金可以固溶強化，各原料熔化后在高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，有效提高各元素固溶強化效果。
本發明對所述各原料的加入順序沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的加料順序即可，在本發明中優選將各原料同時進行熔化。
熔化完成后，本發明將所述熔化的產物進行連鑄。本發明優選具有加熱鑄型的連鑄裝置，連鑄的同時對所述連鑄產物進行冷卻。本發明中冷卻可以使得連鑄產物快速凝固，得到過飽和固溶體，實現固溶強化作用，提高沉淀強化效果。
在本發明中，所述冷卻優選為噴水冷卻；所述噴水冷卻的水流量優選為50～200ml/min，更優選為100～150ml/min，最優選為120～140ml/min；所述噴水冷卻的水溫度優選為20～30℃。
在本發明中，所述冷卻優選為在連鑄裝置的出口處對連鑄產物進行冷卻。在本發明中，所述冷卻所制備的連鑄合金桿坯表面光亮，內部具有沿凝固方向生長的柱狀晶組織。
本發明拉坯得到cu-ni-si-mg合金桿坯，所述拉坯的速率優選為10～300mm/min，更優選為50～120mm/min，最優選為80～100mm/min。本發明對所述拉坯的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的拉坯裝置即可，在本發明中優選為水平連鑄拉坯輥。
在本發明中，所述cu-ni-si-mg合金桿坯的直徑優選為8～15mm，更優選為10～12mm。本發明對所述cu-ni-si-mg合金桿坯的長度沒有特殊的限定。
得到cu-ni-si-mg合金桿坯后，本發明將所述cu-ni-si-mg合金桿坯直接進行連續擠壓成形得到cu-ni-si-mg合金帶坯。本發明中，直接進行連續擠壓成形省卻了傳統cu-ni-si系合金生產方法中的銑面、熱軋和初軋等工序，簡化了工藝、減少了能源消耗、降低了成本、提高了生產效率。
本發明對所述連續擠壓成形的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的連續擠壓機即可。在本發明中，所述連續擠壓機的擠壓轉速為3～15r/min，更優選為5～10r/min；所述連續擠壓成形時的溫度優選為室溫，不需要額外的加熱或降溫；所述連續擠壓成形的擠壓比優選為5～20，更優選為10～15。
所述擠壓成形完成后，所述cu-ni-si-mg合金帶坯的厚度優選為5～15mm，更優選為8～12mm，本發明對所述cu-ni-si-mg合金帶坯的長度和寬度沒有特殊的限定，在本發明中，所述cu-ni-si-mg合金帶坯的長度優選為1000～10000mm，更優選為3000～6000mm，所述cu-ni-si-mg合金帶坯的寬度優選為10～150mm，更優選為50～100mm。
得到cu-ni-si-mg合金帶坯后，本發明將所述cu-ni-si-mg合金帶坯依次進行軋制和時效處理得到cu-ni-si-mg合金帶材。本發明中，所述cu-ni-si-mg合金帶材的厚度優選為80～200μm，更優選為100～150μm；本發明對所述cu-ni-si-mg合金帶材的長度沒有特殊的限定，在本發明中，所述cu-ni-si-mg合金帶材的長度優選為2000～15000mm，更優選為5000～10000mm。
本發明將所述cu-ni-si-mg合金帶坯進行軋制，所述軋制的軋制道次優選為2～30次，所述每次軋制道次的道次壓下率獨立地優選為5～50％，更優選為15～40％；在本發明中，所述軋制優選在室溫下進行，不需要額外的加熱或降溫。
所述cu-ni-si-mg合金帶坯軋制后的厚度優選為100～500μm，更優選為150～400μm，最優選為200～300μm。
本發明對所述軋制的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的軋制裝置即可，本發明優選為二輥或四輥軋機。
所述軋制完成后，本發明對軋制后的cu-ni-si-mg合金帶坯進行時效處理。本發明中，在所述時效處理過程中能夠析出ni2si相，進而提高cu-ni-si-mg合金帶材的硬度和導電率。在本發明中，所述時效處理的溫度優選為400～500℃，更優選為450～480℃，所述時效處理的時間優選為1～4h，更優選為2～3h。
在本發明中，所述時效處理優選在惰性氣氛中進行，更優選為氬氣氣氛。本發明中所述惰性氣氛能夠有效阻止合金被氧化。
本發明對所述時效處理的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的時效處理機即可，本發明優選為高真空退火爐。
所述時效處理完成后，本發明還優選包括隨爐冷卻和冷精軋得到cu-ni-si-mg合金帶材。
本發明對所述隨爐冷卻后的溫度沒有特殊的限定，在本發明中優選為隨爐冷卻至室溫。
所述冷卻完成后，本發明還包括冷精軋，所述冷精軋的總變形量優選為為5～30％，更優選為10～25％，最優選為15～20％，所述冷精軋的道次優選為2～10次，更優選為3～7次；在本發明中，所述冷精軋優選在室溫下進行，不需要額外的加熱或降溫。
本發明對所述冷精軋的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的軋制裝置可見，本發明優選為四輥或六輥軋機。
下面結合實施例對本發明提供的cu-ni-si-mg合金帶材的制備方法進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護范圍的限定。
實施例1
厚度為100μm的cu-ni-si-mg合金帶材制備方法。
采用陰極銅、銅鎳、銅硅和銅鎂中間合金為原料，其中鎳含量為1.2wt.％，硅含量為0.3wt.％，鎂含量為0.05wt.％，其余為銅。首先采用加熱將原料在1350℃條件下熔化，并在連續鑄型出口附近噴水冷卻，水的溫度為30℃、流量為200ml/min，然后以120mm/min的拉坯速度精密連鑄出直徑尺寸為12mm的cu-ni-si-mg合金桿坯；將cu-ni-si-mg合金桿坯不經表面處理直接進行連續擠壓成形帶坯，連續擠壓機轉速為5r/min、溫度為室溫、擠壓比為15；然后采用5～50％的道次壓下率不經中間退火將合金帶坯進行20道次室溫軋制加工至厚度為300μm的帶材；再將軋制后的cu-ni-si-mg合金帶材在氬氣氣氛下時效處理，時效處理溫度為500℃，時間為1h，冷卻方式為隨爐冷卻；最后將時效后的cu-ni-si-mg合金帶材進行5～30％左右的5道次壓下率冷精軋，最終獲得厚度為100μm的cu-ni-si-mg合金帶材。
檢測制得的cu-ni-si-mg合金桿坯在室溫下的延伸率，測得cu-ni-si-mg合金桿坯在室溫下延伸率大于45％，具有優良的塑性。
實施例2
厚度為200μm的cu-ni-si-mg合金帶材制備方法。
采用陰極銅、銅鎳、銅硅和銅鎂中間合金為原料，其中鎳含量為1.2wt.％，硅含量為0.3wt.％，鎂含量為0.05wt.％，其余為銅。首先采用加熱將原料在1250℃條件下熔化，并在連續鑄型出口附近噴水冷卻，水的溫度為20℃、流量為50ml/min，然后以10mm/min的拉坯速度精密連鑄出直徑尺寸為10mm的cu-ni-si-mg合金桿坯；將cu-ni-si-mg合金桿坯不經表面處理直接進行連續擠壓成形帶坯，連續擠壓機轉速為15r/min、溫度為室溫、擠壓比為10；然后采用5～50％的道次壓下率不經中間退火將合金帶坯進行15道次室溫軋制加工至厚度為450μm的帶材；再將軋制后的cu-ni-si-mg合金帶材在氬氣氣氛下時效處理，時效處理溫度為400℃，時間為4h，冷卻方式為隨爐冷卻；最后將時效后的cu-ni-si-mg合金帶材進行5～30％左右的7道次壓下率冷精軋，最終獲得厚度為200μm的cu-ni-si-mg合金帶材。
檢測制得的cu-ni-si-mg合金桿坯在室溫下的延伸率，測得cu-ni-si-mg合金桿坯在室溫下延伸率大于45％，具有優良的塑性。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。