含钴，镍及矽之铜合金;COPPER ALLOY CONTAINING COBALT, NICKEL AND SILICON

摘要

一种具降伏强度(yield strength)和电导性之改良组合的铜合金，主要是由下列组成：以重量计，1%到2.5%的镍、0.5%到2.0%的钴、且镍与钴的总量占1.7%到4.3%、0.5%到1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si比例在3.5与6之间，在精铸铜合金中，余量铜和不可避免的不纯物具有超过40% IACS的电导性。藉由添加高达1%的银，可进一步增加降伏强度和导电率的组合并加强应力松弛(stress relaxation)的抵抗性。;一种制造本发明中之合金与其他铜-镍-矽合金的方法，包括下列连续步骤(a)铸造(10)铜合金；(b)热作(hot working)(12)铸造以铜为基础的合金，在横切面区域产生第一次还原作用(reduction)；(c)在有效能具体形成单相(single phase)合金之温度与时间下，熔解(solutionizing)(14)铸造以铜为基础的合金；(d)在实际能沉淀作为有效形成具矽合物之多相(multi-phase)合金的第二相之数量的温度与时间下，第一次陈化锻链(age annealing)(18)合金；(e)冷作(cold working)(20)多相合金，以在横切面区域产生第二次还原作用；且(f)在能有效沉淀额外矽合物藉以增加电导性的温度与时间下，第二次陈化锻链(22)多相合金，其中，第二次陈化锻链温度较低于第一次陈化锻链温度。

主权项

1.一种精铸之铜合金，其基本系由下列组成：以重量计，从1%至2.5%的镍；从0.5%至2.0%的钴，且镍加钴的总量从1.7%至4.3%，以及镍对钴的重量百分比之比例系从1.01：1至2.6：1；从0.5%至1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si的重量比例系介于3.5：1和6：1之间；0.25%之最大锌含量；0.08%之最大铬含量；0.04%之最大锡含量；0.04%之最大磷含量；0.04%之最大镁含量；及余量铜和无法避免的不纯物，其中该精铸铜合金具有超过40% IACS的电导性、超出95 ksi的降伏强度、对于良好弯曲(good way bends)和不良弯曲(bad way bends)二者最小弯曲半径为4倍的合金厚度以下(即对于良好弯曲和不良弯曲二者皆至高达4t的为厚度函数之最小弯曲半径(mbr/t))、及在950℃的熔解后具有20微米或更小之平均晶粒尺寸。 ;2.根据申请专利范围第1项之精铸铜合金，其中该镍含量是从1.3%到1.9%、该钴含量是从0.5%至1.5%、且该矽含量是从0.5%至0.8%。 ;3.根据申请专利范围第2项之精铸铜合金，其中该镍对钴的重量百分比之比例系从1.01：1至1.5：1。 ;4.根据申请专利范围第3项之精铸铜合金，其中该精铸铜合金具有100 ksi或更高的降伏强度。 ;5.一种精铸之铜合金，其基本是由下列组成：以重量计，从1%至2.5%的镍；从0.5%至2.0%的钴，且镍加钴的总量从1.7%至4.3%，以及镍对钴的重量百分比之比例系从1.01：1至2.6：1；从0.5%至1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si的重量比例介于3.5：1和6：1之间；从能有效改进降伏强度与电导性组合之量至高达1.0%的银、钛、锆及其组合物；0.25%之最大锌含量；0.08%之最大铬含量；0.04%之最大锡含量；0.04%之最大磷含量；至高0.15%的镁；及余量铜和无法避免的不纯物，其中该精铸铜合金具有超过40% IACS的电导性、对于良好弯曲(good way bends)和不良弯曲(bad way bends)二者皆至高达4t的为厚度函数之最小弯曲半径(mbr/t)、及在950℃的熔解温度后之20微米或更小之平均晶粒尺寸。 ;6.根据申请专利范围第5项之精铸铜合金，其中该银含量是从0.2%到0.7%。 ;7.根据申请专利范围第6项之精铸铜合金，其中该镁含量是介于0.005%到0.04%之间。 ;8.根据申请专利范围第6项之精铸铜合金，其中该镍含量是从1.3%至1.9%、该钴含量是从0.5%至1.5%、且该矽含量是从0.5%至0.8%。 ;9.根据申请专利范围第8项之精铸铜合金，其中该镍对钴的重量百分比之比例是从1.01：1至1.5：1。 ;10.根据申请专利范围第9项之精铸铜合金，其中该精铸铜合金具有100 ksi或更高的降伏强度。 ;11.一种精铸之铜合金，其基本系由下列组成：以重量计，从1%至2.5%的镍；从0.5%至2.0%的钴，且镍加钴的总量从1.7%至4.3%，以及镍对钴的重量百分比之比例系从0.5：1至5：1；从0.5%至1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si的重量比例系介于3.5：1和6：1之间；及余量铜和无法避免的不纯物，其中该精铸铜合金具有超过40% IACS的电导性、超出95 ksi的降伏强度、对于良好弯曲(good way bends)和不良弯曲(bad way bends)二者皆至高达4t的为厚度函数之最小弯曲半径(mbr/t)、及在950℃的熔解温度后之20微米或更小之平均晶粒尺寸。 ;12.根据申请专利范围第11项之精铸铜合金，其中该镍含量是从1.3%到1.9%、该钴含量是从0.5%至1.5%、且该矽含量是从0.5%至0.8%。 ;13.根据申请专利范围第12项之精铸铜合金，其中该镍对钴的重量百分比之比例系从1.01：1至1.5：1。 ;14.根据申请专利范围第13项之精铸铜合金，其中该精铸铜合金具有100 ksi或更高的降伏强度。 ;15.一种精铸之铜合金，其基本是由下列组成：以重量计，从1%至2.5%的镍；从0.5%至2.0%的钴，且镍加钴的总量从1.7%至4.3%，以及镍对钴的重量百分比之比例系从0.5：1至5：1；从0.5%至1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si的重量比例介于3.5：1和6：1之间；从能有效改进降伏强度与电导性组合之量至高达1.0%的银、钛、锆及其组合物；至高0.15%的镁；及余量铜和无法避免的不纯物，其中该精铸铜合金具有超过40% IACS的电导性、对于良好弯曲(good way bends)和不良弯曲(bad way bends)二者皆高达4t的为厚度函数之最小弯曲半径(mbr/t)、及在950℃的熔解温度后之20微米或更小之平均晶粒尺寸。 ;16.根据申请专利范围第15项之精铸铜合金，其中该银含量是从0.2%到0.7%。 ;17.根据申请专利范围第16项之精铸铜合金，其中该镁含量是介于0.005%到0.04%之间。 ;18.根据申请专利范围第15项之精铸铜合金，其中该镍含量是从1.3%至1.9%、该钴含量是从0.5%至1.5%、且该矽含量是从0.5%至0.8%。 ;19.根据申请专利范围第18项之精铸铜合金，其中该镍对钴的重量百分比之比例是从1.01：1至1.5：1。 ;20.根据申请专利范围第19项之精铸铜合金，其中该精铸铜合金具有100 ksi或更高的降伏强度。 ;21.一种制造以铜为基础之合金的方法，其特征在于下列连续步骤：a)铸造(10)该铜基础合金，其包含以重量计，从0.5%至5.0%的镍和0.1%至1.5%的矽；b)热作(12)该经铸造之铜基础合金，以完成在横切面区域上之第一次还原作用；c)于熔解温度下熔解(14)该铸造铜基础合金，并持续一段可有效具体地形成一单相合金的时间；d)在该熔解作用后，无任何介入冷作，在第一次陈化锻链温度下第一次陈化锻链(18)该实质单相合金，并持续一段能有效沉淀第二相的第二次时间；e)冷作(20)该多相合金，以完成在横切面区域内的第二还原作用；及f)在第二陈化锻链温度下，第二陈化锻链(23)该多相合金，并持续能有效沉淀额外量之该第二相的第三次时间，其中该第二陈化锻链温度低于该第一次锻链温度。 ;22.根据申请专利范围第21项之方法，其特征为在该熔解步骤(14)之后，该精铸铜合金的平均晶粒大小为20微米或更小。 ;23.根据申请专利范围第21项之方法，其包括一于该热作步骤(b)(12)和该熔解步骤(c)(14)之间，冷作(13)该精铸铜合金的步骤。 ;24.根据申请专利范围第23项之方法，其特征在于该热作步骤(12)和该冷作(13)步骤中滚轧且使该精铸铜合金形成长条。 ;25.一种制造铜基础合金之方法，其特征在于下列连续步骤：a)铸造(10)该铜基础合金，其包括以重量计从0.5%到5.0%的镍与0.1%到1.5%的矽；b)在单或多通道(passes)内，热作(12)该铜基础合金以形成一热作产物；c)在超过从800℃到该铜基础合金之固相熔线温度下，熔解(14)该经热作之产物；d)在该熔解(14)之后无任何介入冷作，在350℃到600℃温度下持续30分钟到30小时，第一次陈化锻链(18)该热作盘；e)冷作(20)该热作盘，在10%到50%的横切面区域内完成还原作用，以形成产物；及f)于低于该第一次沉淀锻链温度下，第二次陈化锻链(22)该产物。 ;26.根据申请专利范围第25项之方法，其特征为该热作(12)是在介于850℃和1000℃间的温度下进行，且该熔解温度是介于800℃和1000℃之间。 ;27.根据申请专利范围第26项之方法，进一步包括在该热作步骤(b)(12)之后，淬火该铜基础合金的步骤。 ;28.根据申请专利范围第27项之方法，其特征为该第一次陈化锻链(18)是在介于475℃和550℃间的温度下进行，且第二次陈化锻链温度是介于350℃和500℃间。 ;29.根据申请专利范围第28项之方法，进一步包括一冷作(13)该铜合金成为一能有效在该淬火及该熔解步骤(c)(14)之间进行熔解之标准的步骤。 ;30.根据申请专利范围第29项之方法，其特征为于该热作步骤(12)和该冷作步骤(13)滚轧而使该铜合金形成一长条。 ;31.根据申请专利范围第29项之方法，其特征为于该铜合金之组合物系选自从1%到2.5%的镍、从0.5%到2.0%的钴，且镍加钴的总量为1.7%到4.3%、从0.5%到1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si比例介于2：1和7：1之间、及余量铜与不可避免的不纯物。 ;32.根据申请专利范围第29项之方法，其特征在于该铜合金之组合物系选自从1%到2.5%的镍、从0.5%到2.0%的钴，且镍加钴的总量具1.7%到4.3%、从0.5%到1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si比例介于2：1和7：1之间，从能有效改进降伏强度和电导性的组合之量至高达1.0%的银、钛、锆及其组合，至高0.15%的镁、及余量铜与不可避免的不纯物。 ;33.根据申请专利范围第29项之方法，其特征为该铜合金之组合物系选自2.2%-4.2%的镍、0.25%-1.2%的矽、0.05%-0.30%的镁和余量铜。 ;34.一种制造铜基础合金之方法，其特征在于下列连续步骤：a)铸造(10)该铜基础合金，包括以重量计，从0.5%到5.0%的镍与0.1%到1.5%的矽；b)在单或多通道(passes)内，热作(12)该铜基础合金，以形成热作产物；c)于该热作步骤之后并无介入冷作，在超过从350℃到600℃温度下，第一次陈化锻链(18)该热作产物，持续30分钟到30小时；d)冷作(20)该已热作盘，在10%到50%的横切面区域内完成还原作用，形成产物；及e)在温度低于该第一次陈化锻链温度下，第二次陈化锻链(22)该产物。 ;35.根据申请专利范围第34项之方法，其特征为该热作(12)是在介于850℃和1000℃间的温度下进行。 ;36.根据申请专利范围第35项之方法，其另外包括在该热作步骤(b)(12)之后，淬火该铜基础合金的步骤。 ;37.根据申请专利范围第36项之方法，其特征为该第一次陈化锻链(18)是在介于475℃ c和550℃温度之间进行，且该第二次陈化锻链温度是介于350℃和500℃之间。 ;38.根据申请专利范围第37项之方法，其特征在于该铜合金之组合物系选自1%到2.5%的镍、0.5%到2.0%的钴，且镍加钴的总量具1.7%到4.3%、从0.5%到1%的矽，且(Ni+Co)/Si比例介于3.5和5.5之间、及余量铜与不可避免的不纯物。 ;39.根据申请专利范围第37项之方法，其特征为该铜合金具有从1%到2.5%的镍、从0.5%到2.0%的钴，且镍加钴的总量具1.7%到4.3%、从0.5%到1.5%的矽，且(Ni+Co)/Si比例介于2：1和7：1之间，从能有效改进降伏强度和电导性的组合之量至高达1.0%的银、钛、锆及其组合、至高0.15%的镁、及余量铜与不可避免的不纯物。 ;40.根据申请专利范围第34项之方法，进一步包括一介于该热作步骤(b)(12)和该第一次陈化锻链步骤(c)(18)间之冷作(13)步骤。;图1图示阐述固相转态温度受镍与钴重量比例影响。;图2在流程图中，显示制造本发明中合金和其他包含铜-镍-矽之合金的第一方法。;图3在流程图中，显示制造本发明之合金的替代方法。;图4以横切面表示，以本发明之合金所制造的电子连接器装配。;图5图示阐述当(Ni+Co)/Si介于3.5和6.0之间，电导性达到最高值。;图6阐述陈化温度(age temperature)对于根据第一先前技术之方法所处理之本发明的铜合金的电导性和降伏强度组合的影响性。;图7阐述陈化温度对于根据第二先前技术方法所处理之本发明之铜合金的电导性和降伏强度组合的影响性。;图8阐述陈化温度对于根据第三先前技术方法所处理之本发明之铜合金的电导性和降伏强度组合的影响性。;图9阐述第二次陈化温度对于根据本发明之方法所处理之本发明之铜合金的电导性和降伏强度组合的影响性。