1. 发明领域

本发明涉及一种含银的铜合金。更具体地说，在还含有铬、钛和硅的铜 合金中含有可控制量的银，导致改进的抗应力弛豫性和改进的各向同性的弯 曲性能，而对屈服强度或导电性没有不利的影响。

2. 相关技术说明

利用合金的高导电性和/或高导热性，铜合金可以形成众多的产品。这 些产品中的一部分包括电路接头、引线框、电线、管子、金属薄片和可以压 制成产品的粉末。一种形式的电路接头是一种箱形结构，其是通过将铜合金 带材冲压成预定形状，然后弯曲冲压部分以形成接头。接头必须具有高强度 和高导电性。除此之外，接头中作为暴露时间和温度函数的正应力下降，通 常称作抗应力弛豫性，应该最小。

电路接头的重要性能包括屈服强度、弯曲成形性、抗应力弛豫性、弹性 模量、极限抗拉强度和导电性。

这些性能的目标值和其重要性决定于由所研究的铜合金制造的产品的 预期用途。对于许多预定用途来说，下述性能的描述具有普遍意义，但是对 于有罩汽车的应用来说，其目标值是具体的。

屈服强度是一种应力，在该应力下材料的应力和应变的比例关系发生特 定的偏离，通常偏移0.2％。这意味着在该应力下，相对于弹性变形而言， 塑性变形占主导地位。理想的是，用作接头的铜合金具有80ksi，约550MPa 的屈服强度。

当将外部应力施加在使用中的金属带材上时，例如当将带材弯曲成接头 之后施加负载时，应力弛豫变得明显。金属的反应是产生大小相等、方向相 反的内部应力。如果金属被限制在应变位置，内部应力将作为时间和温度的 函数而降低。这种现象的发生是由于通过显微塑性流动，金属内的弹性应变 转变为塑性或永久应变。

铜基电路接头必须在配合件上长时间保持极限接触力以上，以确保良好 的电路连接状态。应力弛豫会使接触力降低至临界值以下，从而导致断路。 应用铜合金作为接头的目标是当暴露在150℃的温度下1000小时时，保持至 少90％的初始应力，当暴露在200℃的温度下1000小时时，保持至少85％ 的初始应力。

弹性模量，也称作扬氏模量，是金属刚性或硬度的量度，是在弹性区域 内应力与应变的比率。因为弹性模量是材料硬度的量度，因此，需要约150GPa 的高模量。

弯曲性决定最小弯曲半径(MBR)，其确定金属带材，在沿着弯曲的外侧 半径不发生开裂的条件下可以弯曲的程度。MBR是接头的重要性能，因为不 同形状的接头需要进行各种角度的弯曲。

以MBR/t表示弯曲成形性，其中t是金属带材的厚度。MBR/t是可以围绕 其对金属带材进行弯曲而不失效的心轴最小曲率半径的比率。“心轴”试验 在ASTM(美国试验和材料协会)指定的E290-92中进行了详细说明，题目叫 做 金属材料延展性的半控制弯曲试验的标准测试方法(Standard Test Method for Semi-Guided Bend Test for Ductility of Metallic Materials)。

要求MBR/t基本是各向同性，弯曲轴与金属带材的轧制方向垂直的“良 好方式”，以及弯曲轴与金属带材的轧制方向平行的“不良方式”，均能获得 类似结果。要求90°弯曲的MBR/t约为0.5或更少，180°弯曲的MBR/t为约1 或更少。

或者，90°弯曲成形性可以利用具有V形凹口的样块和具有所需半径的工 作面的冲头来测定。在“V-样块”方法中，将待测试的铜合金回火带材放 在样块和冲头之间，当冲头向下驱动进入凹口时，带材发生所需的弯曲。

与V-样块法有关的是180°“成形冲压”法，其中具有圆柱形工作面的 冲头用于将铜合金带材弯曲成180°。

V-样块法和成形冲压法都在ASTM指定的B820-98中有具体说明，其题 目为 铜合金弹簧材料的成形性的弯曲测试的标准测试方法(Standard Test Method for Bend Test for Formability of Copper Alloy Spring Material)。

对于给定的金属样品，两种方法都能给出可以量化的弯曲性结果，可以 使用两种中的任一方法来测定相对弯曲性。

极限抗拉强度是带材在拉伸测试中直到失效之前所能承受的最大载荷 的比率，其用最大负荷与带材的横截面积的比率表示。要求极限抗拉强度约 85-90ksi，即约585-620MPa。

导电率以％IACS(国际退火铜标准)表示，其中纯铜定义为在20℃具有 100％IACS的导电率。要求用于高性能电路接头的铜合金具有至少75％IACS 的导电率。更优选，导电率为80％IACS或更高。

一种接近所需性能的铜合金被铜发展协会(CDA)(纽约，NY)确定为 C18600。C18600是一种含有铁的铜-铬-锆合金，其公开在美国专利 NO.5370840中。以重量计，C18600具有的名义组成为0.3％的铬，0.2％的锆， 0.5％的铁，0.2％的钛以及余量的铜和不可避免的杂质。

本专利申请全文，除了另有说明之外，所有的百分比均以重量百分比表 示。

铜合金的机械和电性能与处理过程密切相关。如果C18600经过时效退 火，33％的冷轧和消除应力退火，则合金获得如下标称性能：73％IACS的导 电率；620MPa(90ksi)的屈服强度；利用心轴方法(“辊子弯曲”方法)获得 的90°的MBR/t为1.2(良好方式)和3.5(不好方式)，在200℃下1000小时 后的应力下降为20％。

美国专利号4,678,637公开了含有铬、钛和硅添加元素的铜合金。该合 金被CDA确定为C18070，具有标称组成为0.28％的铬，0.06％的钛，0.04％ 的硅以及余量的铜和不可避免的杂质。当采用热轧、淬火和具有交替的一次 或两次中间钟罩式退火的冷轧进行加工时，合金获得如下标称性能：86％ IACS的导电率；72ksi(496MPa)的屈服强度；90％MBR为1.6t(良好方式) 和2.6t(不好方式)，和经过在200℃下1000小时，32％的应力损失。

DE 196 00 864 C2公开了一种合金，其含有0.1％-0.5％铬，0.01％-0.25％ 钛，0.01％-0.1％硅，0.02％-0.8镁和余量是铜和不可避免的杂质。本公开中 镁的添加用以改进合金的抗应力弛豫性。

1968年，Finlay的 含银的铜(Silver-Bearing Copper)中指出，添加少 量银，约添加最多达到25金衡制盎司/吨常衡制(.085重量百分比)的银， 能够在温度最高达到约400℃下，使得经冷加工的铜保持其强度。一种含银 的铜合金被CDA确定为铜合金C15500。C15500含有0.027-0.10％的 银，0.04-0.08％的磷，0.08-0.13％的镁，余量是铜和不可避免的杂质。在 ASM 手册中报道该合金在退火条件下具有90％IACS的导电率，在弹簧回火条件下 具有72ksi(496MPa)的屈服强度。没有报道弯曲成形性和抗应力弛豫性。

尽管上述铜合金获得了接头所要求的某些性能，仍需要改进铜合金， 使之更接近所需要的目标，并且更进一步需要利用整体系统评价铜合金，该 系统将多个消费者认可的所需性能综合成一个单一的性能标志。

发明概述

所以，本发明的一个目的是提供一种铜基合金，其特别适用于电路接头 的应用。本发明的一个特征是该铜基合金含有铬、钛和银。本发明的另一个 特征是可以加入铁和锡以促进晶粒细化并且增加强度。本发明的又一个特征 是通过包括固溶退火、淬火、冷轧和时效在内的步骤来处理合金以使所需的 电性能和机械性能达到最大。本发明的更进一步特征是通过由消费者根据具 体接头应用的优选取向来权衡的因素，利用合金性能的整体方法对多个合金 性能进行整合。

本发明的一个优点是，本发明的合金可以经过加工具有超过80ksi (550MPa)的屈服强度和超过80％IACS的导电率，使得合金特别适用于形成用 于汽车和多媒体的电路接头。本发明合金的有利性能之一是在最高达到200 ℃的高温下具有增强的抗应力弛豫性。而且更进一步的优点是由合金形成的 金属带材具有基本各向同性的弯曲成形性和良好的冲压性，使其特别适用于 形成盒式接头。

依据本发明，提供一种铜合金，以重量计，其基本组成为0.15％-0.7％ 的铬，0.005％-0.3％的银，0.01％-0.15％的钛，0.01％-0.10％的硅， 最高达到0.2％的铁，最高达到0.5％的锡，余量是铜和不可避免的杂质。

依据本发明，提供一种形成铜合金的方法，该铜合金具有高导电性，良 好的抗应力弛豫性和各向同性的弯曲成形性。该方法包括铸造铜合金的步 骤，以重量计，该合金含有0.15％-0.7％的铬，附加所需的合金添加元素， 余量是铜和不可避免的杂质。将铜合金成型为带材，该带材采用带材退火方 法在850℃到1030℃的温度下固溶退火5秒-10分钟。优选的带材退火时 间为10秒-5分钟。然后在最多10秒内将带材从至少850℃温度快冷至低 于500℃的温度下。然后以40％-99％的厚度压下量，对快冷后的带材进行 冷轧，然后在350℃-550℃的温度下退火1-10小时。

从下面的说明书和附图中可以明显看出上述的目的、特征和优点。

附图中

图1是由本发明的铜合金制造带材的工艺步骤的流程图。

图2是由本发明的铜合金制造线材或棒材的工艺步骤的流程图。

图3和4是用图表举例说明本发明两种相关合金再结晶的晶粒大小与 固溶退火温度和固溶退火时间的关系。

发明详述

本发明的合金特别适用于有罩汽车的应用，其中合金所处的环境温度 高，电流也较高，产生I2R的热量。除此之外，该合金可用于多媒体的应用， 例如计算机或电话，其中运行温度较低，典型地最高大约在100℃下，传输 电流信号也较低。

本发明的合金基本上含有：

0.15％-0.7％的铬，

0.005％-0.3％的银，

0.01％-0.15％的钛，

0.01％-0.10％的硅，

最高达到0.2％的铁，

最高达到0.5％的锡，和

余量是铜和不可避免的杂质。

更优选的合金范围是：

0.25％-0.60％的铬，

0.015％-0.2％的银，

0.01％-0.10％的钛，

0.01％-0.10％的硅，

少于0.1％的铁，

最高达到0.25％的锡，和

余量是铜和不可避免的杂质。

最优选的合金组分是：

0.3％-0.55％的铬，

0.08％-0.13％的银，

0.02％-0.065％的钛，

0.02％-0.08％的硅，

0.03％-0.09％的铁，

少于0.05％的锡，和

余量是铜和不可避免的杂质。

如果高强度相对而言特别重要，则钛含量应当为0.05％或更高。如果高 导电率相对而言特别重要，则钛含量应当为0.065％或更低。

铬-在时效退火阶段铬微粒会沉淀，因此产生时效硬化并且伴随导电性 增加。也认为铬沉淀物通过晶界的第二相钉扎来延迟晶粒生长，稳定了合金 的显微组织。为获得这些有益效果，以重量计，要求铬的最小量为0.15％。

当铬的含量超过0.7％时，已接近铬在铜合金中的最大固溶度极限，并且 会产生粗大的第二相沉淀物。粗大的沉淀物有害地影响了铜合金的表面质量 和电镀特性，也没有更进一步增加合金强度。还认为过量铬不利地影响了再 结晶。

银-银促进各向同性的弯曲性能，因此改进用于电路接头的合金的效 用。除此之外，银会增加强度，特别是当铬含量处于指定范围的下限，为0.3 ％或更低时，更是如此。当合金在时效状态时，添加银会改进抵抗高温应力 弛豫的性能。

当银含量少于0.005％时，有益的作用不能完全实现。当银含量超过0.3％ 时，由于银的存在增加的成本在价值上超过了包含它的益处。

钛-钛增强抗应力弛豫性并且增加合金强度。低于0.01％的钛，不能获 得这些有益的性能。过多的钛对合金的导电率有不利的影响，这种影响或许 比其它任何合金元素更大。为获得至少80％ IACS的导电率，钛的含量应当 保持在0.065％或更低。为获得高强度，钛含量应当保持在0.05％或更高。

硅-硅增强抗应力弛豫性和合金强度。当硅含量小于0.01％时，不能获 得有益的效果。当硅含量超过0.1％时，在导电率方面的损失在价值上超过抗 应力弛豫性的增加。

铁-铁是任选组分，在铸造和加工的条件下，其可以增加合金的强度并 且增强晶粒细化。晶粒细化可以改进弯曲成形性。但是，过量的铁会过度降 低导电率。80％ IACS的导电率是所需的条件，所以依据最优选的合金组分， 应当限定铁含量低于0.1％。

当存在时，铁与钛的比率，以重量计，优选0.7∶1-2.5∶1，更优选0.9∶1 -1.7∶1，最优选约1.3∶1。对于某些具体实施例来说，铁与钛的比率，以重 量计，优选0.9∶1-1.1∶1，更优选约1∶1。

锡-锡是任选组分，其可以增加合金的强度，但是如果过量存在会降低 导电率并且似乎促进应力弛豫。所以，以重量计，合金中存在的锡应当少于 0.5％，当需要80％ IACS的导电率时，优选合金中的锡含量少于0.05％。

其它添加元素，在本发明的合金中可以存在其它元素以实现所要求的性 能增加，但又不显著降低所需性能例如弯曲成形性，抗应力弛豫性或导电率。 这些其它元素的总量多半低于1％，优选低于0.5％。相对于一般性的例外在下 面表述。

钴可以取代铁，以重量计，以1∶1的比率添加。

可以添加镁以改进钎焊性和焊料附着力。在加工阶段，镁也能有效增加 合金表面的清洁程度。优选镁含量为约0.05％-约0.2％。镁也可以改进合金 的抗应力弛豫特性。

可以通过添加硫、硒、碲、铅或铋来增强可切削性，但同时在导电率方 面没有显著降低。这些可切削性增强添加元素可以在合金中形成分离相并且 不降低导电率。优选含量最高达到3％的铅，约0.2％-约0.5％的硫和约0.4％ -0.7％的碲。

优选可以添加约0.001％-约0.1％的脱氧剂。适当的脱氧剂包括硼、锂、 铍、钙和单独的稀土元素金属或者含铈的稀土元素金属。形成硼化物的硼是 有利的，因其也增加合金的强度。镁，如上文所述，作为脱氧剂也是有效的。

增加强度但降低导电率的添加元素包括铝和镍，其存在量应当少于 0.1％。

锆具有与硅结合并且形成粗大硅化锆粒子的倾向。所以，优选合金中基 本上不含有锆，仅有杂质量的锆。

本发明合金的加工对于最终的标准合金性能有重要影响。图1以方框图 形式示出了一系列加工步骤以获得目标铜合金所需的屈服强度、弯曲成形性， 抗应力弛豫性、弹性模量、极限抗拉强度和导电率。认为这些加工步骤对于 任何一种含铬的铜合金都有益处。

通过任何适当的工艺，首先对合金进行铸造10。例如，在碳层保护下， 阴极铜可以在大约1200℃的温度下，在坩锅或熔炉中熔化。铬，以及，如 果需要，其它成合金元素钛、硅、银和铁可以以适当的母合金的形式添加到 熔体中以铸成所需组分的铸件。铸件可以经过连续过程，例如带坯连铸或带 式连铸，其中铸件在固溶退火14之前，形成具有适于冷轧12的厚度的条材 或带材。这种铸件的厚度优选约10.2mm-25.4mm(0.4英寸-1英寸)，然后 冷轧成约1.14mm(0.045英寸)的标称厚度。

换句话说，合金可以通过铸造10′成为扁锭，通过热轧16成为带材。典 型地，在750℃-1030℃的温度下进行热轧，并且将铸锭的厚度减至稍 微高于固溶退火时的厚度。热轧可以是多个道次的，通常用于形成具有大于 固溶退火所需厚度的带材。

尽管通过热轧和冷轧加工对铜合金带材的加工进行了描述，但是，本发 明的铜合金也可以形成棒材、线材或管材，在这种情况下，所述加工更有可 能是拉拔或挤压。

在热轧16之后，带材经过水淬，然后切边和铣削以除去氧化物涂层。 然后带材进行冷轧12以达到固溶退火14的尺寸。如果需要，冷轧12可以 是单个道次或具有中间退火(如需要)的多个道次。在约400℃-550℃的 温度下进行中间退火约4小时-8小时，在加工结束时，产生具有约10微米 的细化晶粒和均质的结构的较高强度合金。如果中间退火温度接近全部均质 化，在加工过程结束时，合金具有较低强度和粗糙的晶粒发纹。省略中间退 火导致合金在加工结束时具有的晶粒大小在25微米-30微米的范围内。为 增强再结晶的晶粒结构，优选冷轧步骤赋予带材一定的冷加工度，例如25％- 90％的厚度压下比。

在一定的时间和温度下，合金进行固溶退火14以有效获得充分的再结 晶，而没有过度的晶粒生长。优选地，最大晶粒尺寸保持在20微米或更小。 更优选，最大晶粒尺寸为15微米或更小。应当进一步选择退火时间和温度 以有效获得均匀一致的显微结构。所以，如果退火时间太短或温度太低，硬 度和显微结构从带材的一部分到其它部分均会不同，导致非各向同性的弯曲 性能。过度的退火时间或温度会导致过度的晶粒生长和不良的弯曲成形性。 广义上，固溶退火14应当在850℃-1030℃的温度下进行带材退火10秒 -15分钟。更优选，固溶退火14在900℃-1000℃的温度下进行15秒 -10分钟，最优选在930℃-980℃的温度下进行20秒-5分钟。

图3图示说明了固溶退火(SA)的时间和温度对于具有0.40%铬的铜合 金的再结晶和晶粒生长的影响。晶粒大小的报导值是，例如10-15μm。在 950℃的温度下，在退火时间为约17秒-约35秒时，可以获得没有过度晶 粒生长的再结晶。在少于17秒时只能发生有限的再结晶。超过35秒时，合 金会全部再结晶，但是形成的晶粒尺寸在20-25微米之间，当时间超过约40 秒时，可以获得30微米一直到最大100微米范围内的晶粒的快速晶粒生长。

图4图示说明了当合金含有0.54％的铬时，固溶退火时间和温度的作用， 并且证实增加铬含量能够拓宽退火时间和温度的可接受范围。在950℃下， 时间为约7秒一直到约45秒的情况下，可以获得晶粒尺寸为10-15微米的 再结晶。但是，尽管晶粒大小受到严格控制，未溶解的铬粒子会变得更大， 从而破坏合金性能。

再参考图1，经固溶退火14的合金接下来进行淬火18以保持显微结构 的均质性。在20秒或更少的时间内，淬火应当使合金温度从最低850℃和 优选超过900℃的固溶退火温度降低到500℃或更低。更优选，淬火速率 为在10秒或更少的时间内从900℃降低到低于500℃。

尽管可以利用对于再结晶有效的多次固溶化退火14，但是，优选对再 结晶有效的单一的固溶退火。

在淬火18之后，合金经过冷轧20，使带材或薄板厚度减少40％-80％。 对于金属箔片，优选通过冷轧，使厚度减少超过90％，或优选最多达到99％。 优选，带材或片材经过冷轧，使厚度减少50％-70％，并且采用轧机通过一 个道次或多个道次进行，以产生深度冷加工的带材。

然后对合金进行时效热处理22。时效热处理22可以一步完成或者优选 两步完成。已经发现，分步时效导致更高的强度和导电率，并且认为通过分 步时效也可以改进弯曲成形性。第一时效步骤，如果一步完成则是仅有的步 骤，是在约350℃-约550℃的温度下进行1-10小时。优选，第一时效 步骤22是在400℃-500℃的温度下进行1-3小时。

如果在多个步骤中进行时效退火，第二步骤退火24是在约300℃-约 450℃的温度下进行1-20小时，结果导致增加的导电率而且在强度上没有 损失。优选地，第二步骤时效24是在约350℃-约420℃的温度下进行5 -7小时。

当例如在汽车应用中要求增强的抗应力弛豫能力时，可以使用时效退火 状态的合金。在时效退火之后，合金具有约68ksi(470MPa)的屈服强度 和约80％ IACS的导电率。如果还需要更高强度，可以在时效退火步骤22或 24之后进行附加的加工步骤。

经时效退火的铜合金带材经过冷轧26以达到最终的标准厚度，典型地 大约0.25mm-0.35mm，尽管其目标是使将来的接头具有的厚度约为0.15mm (0.006英寸)或更薄。薄的带材，在约0.15mm(0.006英寸)内，也适用作 铜合金的箔产品。通常，冷轧26是通过轧机，采用一个道次或多个道次， 使厚度减少10％-50％。

在冷轧26之后，在200℃-500℃的温度下进行10秒-10小时的应 力消除退火28。优选，应力消除退火28是在250℃-350℃的温度下进行1 小时-3小时。

图2以方框图举例说明特别适用于线材和棒材的制造工艺流程。本发 明的铜合金通过适当的工艺铸造30并且挤压32形成具有所需横截面形状的 棒材，优选横截面形状是圆形的。热挤压是在700℃-1030℃的温度下 进行的，优选在930℃-1020℃的温度下进行。

挤压的棒材进行淬火34，然后经过冷拔(或冷挤压)36以使直径减小 最多达98％。然后冷拔的棒材在350℃-900℃的温度下进行1分钟一直 到6小时的退火38。冷拔36和退火38的顺序可以额外重复一次或多次，然 后经过冷拔(或冷挤压)40以达到最终的尺寸。

尽管单独的性能例如屈服强度，抗应力弛豫性和导电率，对于评价适于 用作电路接头的铜合金来说，各自都是重要的，但是，将多种相关性能综合 成一个整体数值更有用。这种整体方法可以利用质量功能扩展法(Quality Function Deployment，QFD。QFD)是发展设计质量的方法论，其目的是令消 费者满意，然后将消费者的需求转化为设计目标以应用到整个生产阶段。调 查消费者以确定那些对于消费者的应用来说最为重要的性能，并且对每一个 性能的相对重要性进行排列。对于每个所需性能，消费者也确定从最低限度 可接受的“使人失望的”数值到“所需要的”，一直到“被夸大的”数值范 围。在Edwin B.Dean的两篇文章中更加全面地描述了QFD。 Quality Function Deployment from the Perspective of Competitive Advantage(1994年)和 Comprehensive QFD from the Perspective of Competitive Advantage(1995 年)。两篇文章可以在 http：//mijuno.larc.nasa. gov/dfc/qfd/cqfd.html.下 载。

表1列举了打算供汽车使用的铜合金的一系列性能、等级和范围，而表 2列举了应用于多媒体的铜合金的类似性能、等级和范围。“等级”是按1-10 级划分，10意味着性能值最大，而1意味着性能值最小。

表1汽车和工业接头 性能 相对重要性 失望的Eu(5) 所需的Ei(50) 夸大的Eo(95) 屈服强度 1.0  300MPa  550MPa  800MPa 应力弛豫 150°/1000小时 200°/1000小时 .82 .55 .27  30％  40％  10％  15％  5％  5％ 弹性模量 .66  100GPa  150GPa  200GPa 弯曲性 90°-弯曲 180°-弯曲 .65 .325 .325  1xt  2xt  0.5xt  1xt  在弯曲之前压印0xt  0xt 极限抗拉强度 .59  420MPa  680MPa  950MPa 导电率 .46  40％IACS  75％IACS  90％IACS 屈服强度容限 .46  140MPa  50MPa  30MPa

应力弛豫具有的整体相对重要性为.82。对于消费者来说，150℃值的重 要性是200℃值的两倍，所以150℃应力弛豫的相对重要性是(.82x.67＝.55)， 200℃应力弛豫的相对重要性是(.82x.33＝.27)。90°弯曲和180°相对重要性 是相等的，都是(.65x.5＝.325)。90°弯曲值利用V-块法，180°弯曲值利用 成形冲压法。

表2多媒体接头 性能 相对重要性 失望的Eu(5)  所需的Ei(50) 夸大的Eo(95) 屈服强度 1.0  400MPa  600MPa  800MPa 弹性模量 .8  90GPa  130GPa  180GPa 弯曲性能 90°-弯曲 180°-弯曲 .65 .325 .325  4xt  5xt  1xt  2xt  0xt  0xt 极限抗拉强度 .6  500MPa  700MPa  950MPa 应力弛豫 100°/1000小时 .5  40％  15％  5％ 导电率 .4  3％IACS  30％IACS  60％IACS 屈服强度容限 .3  140MPa  60MPa  30MPa

90°弯曲和180°相对重要性是相等的，都是(.65x.5＝.325)。90°弯曲值 利用V-块法，180°弯曲值利用成形冲压法。

对于汽车和工业应用以及多媒体应用两者来说，本发明的铜合金能够获 得的QFD值超过50(所需要的)，表明消费者将发现所研究的铜合金适用于这 两种应用场合。

如上面所述，可以将铜合金带材可以成型为电路接头，但是，本发明的 合金和加工方法同样适用于形成引线框。引线框需要良好的弯曲性能，因为 外部引线需要弯曲成90°角以插入印刷电路板。细化的晶粒结构以及不含粗 大颗粒使得合金适于进行均匀的化学蚀刻，该蚀刻是在引线框形成过程中使 用的一种加工方法。

如上面所述，可以将铜合金成型为带材，但是，本发明的合金和加工方 法同样适用于形成电学场合所用的棒材、线材和型材。合金的高杨氏模量是 高刚性的先决条件，大约140GPa。以弯曲性为代价，通过延伸中间轧制或 拉拔达到最大98％的厚度压下量以及在350℃-900℃的温度下，在1分 钟-6小时内，进行一次或多次中间退火，可以获得较高的导电率和较高的 强度。

从下面的实施例中可以更加明显地看出本发明铜合金的优点。

实施例

实施例1

铜合金，具有标称的组成为：0.55％的铬，0.10％的银，0.09％的铁， 0.06％的钛，0.03％的硅，0.03％的锡以及余量的铜和不可避免的杂质，通 过熔化铸造成铸锭。对铸锭进行机械加工和在980℃下热轧，经过淬火和加 工处理得到1.1mm厚度的带材。将带材切割成长度约为300mm的片，在950℃ 下浸入熔融盐槽中20秒，然后用水淬火以达到室温(标称为20℃)。铣削切 割带材的表面以除去表面氧化物，然后冷轧以得到0.45mm的中间规格，在 470℃下加热处理1小时，然后在390℃下加热处理6小时。之后，轧制 带材达到最终0.3mm的规格，并且在280℃下进行消除应力退火2小时。

最终的产品显示如下性能：

屈服强度＝84ksi(580MPa)；

弹性模量＝145GPa；

90°度弯曲半径0xt(V-块法，显微照相检验显示没有裂纹)；

180°度弯曲半径0.8xt(成形冲压法，显微照相检验显示没有裂纹)；

应力弛豫-

在100℃下暴露1000小时之后，应力损失6％，

在150℃下暴露1000小时之后，应力损失13％，和

在200℃下暴露1000小时之后，应力损失22％；

极限抗拉强度86ksi(593MPa)；和

导电率79％ IACS。

对于汽车和工业应用来说，该合金具有的QFD等级为54，参见表12，对 于多媒体应用来说，其等级为64，参见表11。

实施例2

具有如表3所示组分的七种铜合金进行熔化并在钢铸模中铸造成4.5千 克(10磅)的铸锭。浇注之后，铸锭尺寸为102mm×102mm×44.5mm (4″×4″×1.75″)。在950℃下将铸锭保温2小时，然后以六个道次热轧成12.7 mm(0.50″)的厚度，并水淬。切边和铣削以除去氧化层之后，合金经过冷轧 达到1.14mm(0.045″)的标称厚度，在950℃下在流化床炉中固溶加热处 理20秒，然后水淬。

然后顺序采用几个道次冷轧合金达到60％厚度的缩减量，达到0.46mm (0.018″)的厚度，然后进行双时效退火，其包括在470℃下，1小时的第一 静态退火，然后是在390℃下，6小时的第二静态退火。这种加热处理可以 硬化合金，同时增加导电率使其大于冷轧态的值，而没有使显微组织再结晶。 然后将合金冷轧，使其厚度缩减33％，达到0.30mm(0.012″)，在280℃下 进行2小时的消除应力退火。如表4所示，本发明的合金接近市场欢迎的552 MPa(80ksi)屈服强度和80％ IACS的导电率的标称组合。

表3    Cr   Ti   Si  Ag  Fe  Sn  J306  0.32  0.060  0.020  X  X  X  J308  0.50  0.048  0.020  0.046  X  X  J310  0.53  0.057  0.015  0.10  X  X  O  0.3  0.06  0.03  0.1  X  X  E  0.3  0.06  0.03  X  X  X  BT  0.50  0.06  0.03  0.1  0.06  0.10  BU  0.50  0.06  0.03  X  0.06  0.10  K005  0.30  0.06  0.03  X  X  X  K007  0.40  0.05  0.04  0.10  0.07  0.04  K008  0.54  0.06  0.03  0.1  0.01  X X＝仅存在杂质含量

表4 合金 条件 YS Ksia   MPa  UTS  Ksi      MPa 延伸率 ％ 导电率 ％IACS 冷轧 62    427  64       441  2  44.7  J308 时效 72    496  76       524  9  84.3 消除应力退火 79    545  81       558  2  83.2 冷轧 62    427  64       441  2  41.8  J310 时效 72    496  76       524  8  79.7 消除应力退火 81    558  82       565  3  77.3

合金O和E采用与合金J308和J310基本相同的方法进行加工，只是在1000 ℃下进行12小时的均质化退火之后开始热轧，在900℃下在盐槽中进行90 秒的固溶热处理，然后水淬，在500℃时效处理1小时。获得了时效态的0.2mm 规格(方法A)和0.3mm规格(方法B)的拉伸和导电性能，表明(表5)，在 0.3％铬水平下添加银导致强度增加。

表5 合金 方法 YS  Ksi         MPa  UTS  Ksi    MPa 延伸率 ％ 导电率 ％IACS  O  A  67.6        466.1  72.1   497.1  12  78.6  E  A  63.2        435.8  68.3   470.9  8  80.3  O  B  66.7        459.9  71.5   493.0  11  78.1  E  B  64.4        444.0  69.3   477.8  12  80.3

合金BT和BU采用与合金O和E基本相同的方法进行加工，只是时效处理包 括两阶段退火，第一阶段在470℃下进行1小时，第二阶段在390℃下进行6 小时。测定时效态的拉伸强度和导电性能，如表6所示，表明在0.5％的铬水 平下添加银导致应力弛豫下降(抗应力弛豫性增加)。

表6 合金  YS  Ksi    MPa  UTS  Ksi       MPa 延伸率 ％ 导电率 ％IACS 在1000小时下的应力弛 豫量(％)   100℃    150℃  200℃  BT  70.1   483.3  74.8      515.7  9   79.1    2.4    4.8  10.9  BU  70.2   484.0  74.8      515.7  11   80.0    3.9    7.3  11.7

实施例3

表7A和7B表示本发明的组成和加工方法能够导致改进的弯曲性能。如 表7A所示，当用固溶热处理(SHT)加工时，本发明的合金J310具有各向同 性的弯曲性能，而不含银的对照合金J306具有稍微各向异性的弯曲性能。当 用罩式退火(BA)并插入冷轧压下来加工对照合金K005时，其具有各向异性 和较差的弯曲性能。采用心轴法评价表7A中合金J306、J310和K005的弯曲 性能，已发现，该方法得到的弯曲值比V-块法至少高0.5倍。

当在850℃-1030℃下使合金K007和K005进行1-24小时的均质化步骤 时，在600℃-1000℃的温度下进行热轧，然后在每分钟50℃-1000℃的冷 却速率下淬火。这些步骤之后，进行压下量最多99％的冷轧，冷轧期间插 入一次或两次的在350℃-500℃的温度下至多10小时的罩式退火(常规BA 方法)。表7B表明采用常规BA方法，含银的合金K007具有更好的弯曲性能。 在表7B中记录的合金的弯曲值是采用V-块法测定的。

表7B表明当采用常规的罩式退火(BA)方法或采用固溶热处理(SHT)方 法处理时，与商品合金K005相比，本发明的合金K007和K008具有更好的弯 曲性能。相对于常规BA方法，采用新方法(SHT)可以得到更好的弯曲成形 性和各向同性值。

表7A 合金 方法  YS  Ksi    MPa  UTS  Ksi    MPa 延伸率 ％ 导电率 ％IACS  90°的MBR/t  GW/BW  ％SR150℃ /1000h  J310  SHT  81    558  82    565  3  77.3  1.2/1.2  14  J306  SHT  78    538  80    552  3  78.2  1.2/0.8 未测试  K005  BA  72    496  81    558  10  86.6  1.6/2.6  30

表7B 合金 方法  YS  Ksi    MPa  UTS  Ksi    MPa 延伸率 ％ 导电率 ％IACS  90°的MBR/t  GW/BW ％SR150℃ /1000h K005  BA  78    538  84    579  10  84.5  1.7/4.0 未测试 K007  BA  78    538  82    565  10  80.2  0.5/2 未测试 K005  SHT  74    510  78    538  8  81.4  0.5/0.5  12 K008  SHT  78    538  81    558  8  81.9  0/0  15

支持以测量值为函数的等级的计算结果表明，由不同合金或回火带来的 要求值的提高是可测定的。

为此，使用s-形状的数学函数。在失望限内获得的等级应当低，例如 5％。接近所需性能的等级应当达到约50％，并且随着测定性能的微小改变应 当显示急剧的增加或减少。在夸大限度内，要求超额满足。等级应当达到95％。 更进一步的改进不能使消费者的满意度过多改善。性能上改变仅会导致等级 的微小改变。

为此，我们使用成比例的arc tan-函数w(f(x))。该函数限定在有效性 能的最低值(Xmin)和最高值(Xmax)之间。在此将等级w(f(x))分别设定为 0或100％。在这些等级值f(x)之间，给定的两个点将形成s-函数。

f(x＝50+(100/B)·arc tan(c1·(x+c2))

通过(x1，f(x1))和(x2，f(x2))设定的两个等级可以计算常数c1和c2。 这些设定值通过判定等级的适当特性来决定。 w(f(x))＝w(f(xmin))+(w(f(xmax))-w(f(xmin)))·(f(x)-f(xmin))/(f(xmax)-f(xmin))

其中x是经详细测定的性能的实际值。w(f(x))表示性能的等级。

性能整体的整体等级通过将每种有效性能的等级乘以由QFD确定其相对 重要性的指定值获得。将这些结果相加，并且除以相对重要性所有值之和。

通过这种方法，性能的整体等级可以以百分比的结果表示，完全夸大时 为100％。理想的结果(中数)显示约为50％。整体等级是在最客观的基础上 比较合金和回火的有用工具。用于多媒体应用的数值列于表8，用于汽车应 用的数值列于表9。

表8用于多媒体应用的QFD-计算法 性能                                   设定值        计算的常数     校正结果   X1  f(x1)   X2    f(x2)   xmin  xmax   w(fxmin) w(fxmax)   c1   c2  x   w(f(x)) 屈服强度(MPa)   400   5   600   50   150  1000   0   100   0.03157   -600  600   50.15 弹性模量(Gpa)   90   5   130   50.0001   90  220   0   100   0.1578   -130  130   48.51 弯曲性能I(1)   4   5   1   50.0001   0  5   100   0   -2.105   -1  1   56.31 弯曲性能II(1)   5   5   2   50.0001   0  6   100   0   -2.105   -2   2   52.06 极限抗拉强度(MPa)   500   5   700   50.0001   300  1200   0   100   0.03157   -700   700   49.74 应力弛豫(％)   40   5   15   50.0001   2  70   100   0   -0.2526   -15   30   48.95 屈服强度容限(MPa)   140   5   60   50.0001   10   100   100   0   -0.07892   -60   60   52.82 导电率(％IACS)   3   5   30   50.0001   1   80   0   100   0.2338   -30   30   48.95

表9用于汽车和工业应用的QFK-计算法：参数 性能                                       设定值      计算的常数     校正结果  f(x1) X2 f(x2) xmi  n  xmax  w(fxmin) w(fxmax)    c1  c2  x  w(f(x)) 屈服强度(MPa) 300  5  550  50  150  1000  0  100  0.02526 -550  550  49.82 应力弛豫1(％) 10  50.0001  40  5  2  70  100  0  -0.2105 -10  10  59.04 应力弛豫2(％) 15  50.0001  30  5  2  70  100  0  -0.4209 -15  15  52.36 弹性模量(Gpa) 100  5  200  95  90  220  0  100  0.1263 -150  150  49.68 弯曲性能I(1) 0  95  1  5  0  5  100  0  -12.63 -0.5  0.5  52.35 弯曲性能II(1) 2  5  0  95  0  5  100  0  -6.314 -1  1  52.0 极限抗拉强度(MPa) 420  5  680  50.0001  250  1200  0  100  0.02428 -680  680  49.72 导电率(％IACS) 40  5  75  50.0001  5  100  0  100  0.1804 -75  75  52.45 屈服强度容限(MPa) 140  5  50  50  10  200  100  0  -0.07015 -50  50  54.58

表10表明：具有如表2所示所需标称性能的铜合金具有的QFD等级为51。 表11表明：应用于多媒体场合时实施例1的铜合金具有的QFD值为64，表 12表明：应用于汽车和工业场合时该合金具有的QFD值为54。

显然，根据本发明已经提供了一种铜合金，其特征在于具有高强度和高 导电特性，特别适于用作电路接头，其完全满足上文所述的目标、方式和优 点。尽管结合其特定具体实施方案和实施例来阐述本发明，但是，根据前面 的叙述，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。 因此，本发明意图包括所有这种替代、修改和变化，只要它们处于所附的权 利要求的精神和广阔范围内。

表10--效果评价--多媒体应用 性能 参数 测量值 等级 相对重要性  特性 Y.S. MPa  600.00  50.15  1.0  50.15 弹性模量 GPa  130.00  48.51  0.8  38.81 弯曲性能I MBR/t  1.00  56.31  0.325  18.30 弯曲性能II  MBR/t  2.00  52.06  0.325  16.92 U.T.S. MPa  700.00  49.74  0.6  29.84 S.R. 在100℃/1000 小时的％损失  15.00  54.03  0.5  27.02 导电性 ％IACS  30.00  48.95  0.4  19.58 Y.S. 容限 MPa  60.00  52.82  0.3  15.85 总体特性 216.46 最大值 425.00 总体等级 51

弯曲性能(表1，2，10，11，12是用于90°弯曲的V-块法和用于180° 弯曲的成形冲压法)

特性＝等级x相对特性

总体特性＝∑特

最大值＝当所有的测量值都被夸大时的总体特性，参见表1和2

总体等级＝(总体特性/最大值)×100

表11实施例1合金的评价-多媒体应用 性能 参数 测量值 等级 相对重要性 特性 Y.S. MPa  580.00  31.33  1.0  31.33 弹性模量 GPa  145.00  88.70  0.8  70.96 弯曲性能I MBR/t  0.00  100.00  0.325  32.50 弯曲性能II MBR/t  0.80  94.85  0.325  30.83  U.T.S. MPa  593.00  6.96  0.6  4.18  S.R. 在100℃/1000 小时的％损失  6.00  95.72  0.5  47.86 导电率 ％IACS  79.00  99.94  0.4  39.98  Y.S. 容限 MPa  60.00  52.82  0.3  15.85 总体特性 273.47 最大值 425.00 总体等级 64

表12实施例1合金的评价-汽车应用 性能  参数 测量值 等级 相对重要性 特性  Y.S.  MPa  580.00  71.76  1.0  50.15  S.R.I ％损失150°/1000h  13.00  36.75  0.55  38.81  S.R.II ％损失200°/1000h  22.00  9.73  0.27  18.30  M.E.  GPa  145.00  49.68  0.66  16.92  弯曲性能I  MBR/t  0.00  100.00  0.325  29.84  弯曲性能II  MBR/t  0.80  82.59  0.325  27.02  U.T.S  MPa  593.00  11.68  0.59  19.58  导电率  ％IACS  79.00  74.42  0.46  15.85  Y.S.  容限  MPa  50.00  54.58  0.46  25.11 总体特性 251.94 最大值 462.70 总体等级 54

发明背景