通过添加氧族合金元素提高铜抗腐蚀能力的方法 技术领域：
本发明涉及一种金属表面抗腐蚀的方法，尤其是熔炼铜时通过添加氧族合金元素提高集成电路引线框架材料铜制元器件表面的抗腐蚀能力。
背景技术：
铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性等物理化学特性。导电性能和导热性能仅次于银，纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。由于铜具有上述优良性能，所以在工业上有着广泛的用途。包括电气行业、机械制造、交通、建筑等方面。目前，铜在电气和电子行业这一领域中主要用于制造电线、通讯电缆和其他成品如电动机、发电机转子及电子仪器、仪表等，这部分用量约占工业总需求量的一半左右。铜及铜合金在计算机芯片、集成电路、晶体管、印刷电路版等器材器件中都占有重要地位。例如，晶体管引线用高导电、高导热的铬锆铜合金。最近，国际知名计算机公司IBM已采用铜代替硅芯片中的铝，这标志着人类最古老的金属在半导体技术应用方面的最新突破。在各种家庭设备和器具中，为了导电导热，都要用铜。铜广泛用于电气系统，它的强度、延展性和耐蚀性使它成电路的优良导体，它也用作高、中、低电压的动力电缆，还是制造电动机和变压器的材料。在个人计算机和硬件中，广泛使用铜接线电缆。在屋顶建造中，为了抵抗极端气候，用铜是值得的。暴露于这种气候环境中的铜，表面形成铜绿(碱式碳酸铜)，这是铜的这种应用的特点。运输设备的主要用铜，例如船舶、汽车和飞机。船身用铜镍合金可防止生物污垢的形成，减低阻力，铜的导热性，强度使它能用作汽车散热器。铜由于具有较大的热导率，所以也广泛应用在高温冷却系统中，以及核电设备等大电流，大功率的环境中，在蒸发器冷凝器上用的换热管基本上都是用铜做的。
铜在工作环境中不可避免要发生氧化，由于铜的氧化物不具有自保护性，纯铜在高温下抗腐蚀能力比较弱，会使铜进一步氧化，从而影响其正常工作，限制了铜的进一步应用。过去，人们主要是通过生产高纯的铜，然后再添加金属合金元素来提高其抗腐蚀性能。由于高纯铜价格昂贵，因此这种方法成本较高。Se和Te是铜冶炼过程中不易去除的杂质。通过本专利，我们发现氧族元素Se和Te作为合金元素具有提高铜的抗腐蚀能力。这样，我们完全可以通过利用铜冶炼过程中残留的Se和Te，再通过适量添加等手段调节其含量以提高其抗腐蚀能力。这样就可以解决上述采用高纯铜作为原料所带来的高成本问题。
【发明内容】
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种通过添加氧族合金元素提高铜抗腐蚀能力的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
通过添加氧族合金元素提高铜抗腐蚀能力的方法，包括以下顺序和步骤：
a、将0.05-0.5wt.％纯度99.99wt.％的S、Se、Te分别与99.5-99.95wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为3000-6000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，在1133℃-1183℃通过辉光放电使铜融化，反复熔炼6-8次，每次熔炼5分钟，制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在400℃-700℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温360～1440min，在通有高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
步骤c述的辉光放电功率为2-10kW；反复熔炼6-8次，是每次熔炼都使电弧炉升温到1133℃-1183℃，每次熔炼5分钟后，停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼6-8次。步骤d所述的通入高纯氢气的气体通入量为50cm3/min。
有益效果：纯铜的腐蚀速率较快，但添加了氧族合金元素后，这些元素就会部分替代氧进入到铜的氧化物晶格中，减弱了铜空位的形成能力，阻碍了铜的晶格扩散，从而提高表面氧化物的保护能力，抑制合金铜的进一步腐蚀，使合金铜的抗腐蚀能力强于纯铜。充分利用铜冶炼过程中残留地Se和Te，既能提高铜的抗腐蚀能力，又能降低生产成本。现有的集成电路中封装材料的封装温度低于673K，使用Cu-Se、Cu-Te合金作引线框架材料不仅提高了封装材料的抗腐蚀能力，还降低了封装成本。
附图说明：
附图1为纯Cu、Cu-S、Cu-Se、Cu-Te合金在573K氧化8h的表面电镜照片。
附图2为纯Cu、Cu-S、Cu-Se、Cu-Te合金在773K氧化8h的表面电镜照片。
附图3为Cu-S、Cu-Se和Cu-Te合金在573～873K的腐蚀增重与纯Cu的腐蚀增重的比较图表。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
通过添加氧族合金元素提高铜抗腐蚀能力的方法，，包括以下顺序和步骤：
a、将0.05-0.5wt.％纯度99.99wt.％的S、Se、Te分别与99.5-99.95wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为3000-6000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率为2-10kW，使铜和氧族合金元素升温至1133℃-1183℃融化，反复熔炼6-8次，每次熔炼都使电弧炉升温到1133℃-1183℃，每次熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼6-8次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在400℃-700℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温360～1440min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
实施例1
a、将0.5wt.％纯度99.99wt.％的S、与99.5wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将混合后的物料置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为3000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率设为2kW，使铜和氧族合金元素升温至1133℃融化，熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，翻转完关上炉门，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼6次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在400℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温360min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
实施例2
a、将0.1wt.％纯度99.99wt.％的Se与99.9wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为4000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率设为5kW，使铜和氧族合金元素升温至1150℃融化，熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，翻转完关上炉门，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼7次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在600℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温1000min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
实施例3
a、将0.05wt.％纯度99.99wt.％的Te与99.95wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为6000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率设为10kW，使铜和氧族合金元素升温至1183℃融化，熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，翻转完关上炉门，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼8次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在700℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温1440min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
实施例4
a、将0.3wt.％纯度99.99wt.％的Se与99.7wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为5000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率设为7kW，使铜和氧族合金元素升温至1160℃融化，熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，翻转完关上炉门，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼6次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在500℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温1200min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。
实施例5
a、将0.2wt.％纯度99.99wt.％的Te与99.8wt.％的纯度为99.99wt.％的纯Cu混合；
b、将分别混合后的物料分别置于电弧炉中，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，高纯氩气通入流量为5000cm3/min，气压为一个大气压；
c、启动电弧炉，通过辉光放电，放电功率设为8kW，使铜和氧族合金元素升温至1170℃融化，熔炼5分钟后停止熔炼，降至室温，打开炉子，翻转物料，将原来在底部的翻到上面来上，原来在上部的翻到下面去，翻转完关上炉门，然后将炉体抽真空，通入高纯氩气，然后重新融化冶炼，如此反复熔炼6次制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te合金；
d、将制成Cu-S、Cu-Se或Cu-Te的合金分别放入通有高纯氢气的加热炉中在550℃温度中进行退火；
e、在退火温度内保温800min，在通入量为50cm3/min的高纯氢气的环境中冷却至室温，制备成抗腐蚀铜。