一种高导电高强铜铁合金制备方法

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1.本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种高导电高强铜铁合金制备方法。


背景技术：

2.cu-fe合金因其高强度、高导电性、优异的磁性和电磁屏蔽性能，在电子、机械和运输领域有着广泛的应用。但是由于难混溶区的存在，cu-fe合金在重力场凝固过程中极易形成严重偏析，产生合金成分、组织和性能不均匀的问题，从而无法充分发挥其应用价值。
3.目前，制备cu-fe合金的主要方法为粉末冶金法、快速凝固法、定向凝固法等。其中粉末冶金法是先通过机械合金化或雾化得到合金粉末，然后经烧结及后续处理，因此有效地阻止了成品中宏观偏析的发生。快速凝固法通过快速冷却，使液态金属降温到远低于其发生平衡凝固时的温度而不形核，金属仍以液态的形式存在并发生相变直至最后凝固。定向凝固法的基本原理为：给凝固界面施加一定速度使之上移，致第二相液滴被界面前沿吞并，最终获得第二相弥散分布的合金组织。例如申请公布号为cn 104232962 a的专利，其制备铜铁合金方法为：将cu粉和fe粉经过球磨混粉后过筛，然后依次经过预压制、高温热压烧结、固溶处理、时效处理，即得到cu-fe合金。申请公布号为cn 108251684 a的专利，采用雾化法制备合金粉末；然后将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；再将烧结坯进行拔丝处理，得到丝材；最后将丝材经过时效处理后得到铜铁合金。
4.快速凝固法和定向凝固法对产品尺寸有限制，不适合工业生产，而且基体中fe元素固溶度大，严重降低cu-fe合金的导电性能。
5.目前粉末冶金法制备铜铁合金时，混粉阶段绝大多数都采用球磨法或使用合金粉末，这会导致fe溶于cu晶格中，降低导电率。即使经过后续热处理，导电性能也与传统熔铸法类似，最高导电率为60％iacs左右，并且工艺流程复杂、需要静压机等设备，投资成本高。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种高导电高强铜铁合金制备方法，通过原料组分及工艺调控，在大冷轧压下率下保证高强度获得，同时在材料内部位错密度大情况下，无需时效处理，仍能兼顾保证极高的导电性能。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种高导电高强铜铁合金制备方法，包括以下步骤：
9.(1)按高导电高强铜铁合金组分备料，将cu粉和fe粉不经过球磨直接混合均匀，获得混合粉末，其中，所述的高导电高强铜铁合金包括组分及质量百分含量为fe 5-30％，余量为cu70-95％；
10.(2)将混合粉末装入金属容器，真空封装后，进行热轧成型，冷却至室温，获得热轧态合金，其中，所述的热轧开轧温度600-750℃，热轧前进行保温20-30min；
11.(3)将热轧态合金去壳后，进行冷加工变形处理，得到变形态cu-fe合金，即为高导电高强铜铁合金。
12.所述的步骤(1)中，cu粉粒度为1-100μm，优选为5-50μm，fe粉粒度为1-100μm，优选为5-50μm。
13.所述的步骤(1)中，cu粉和fe粉在混粉机中进行混合，混合时间为5-24h，混合过程中，无需加入磨球。
14.所述的步骤(2)中，金属容器为长方体不锈钢金属容器或长筒形不锈钢金属容器，优选为长方体不锈钢金属容器。
15.所述的步骤(2)中，真空封装方式为真空焊接，优选为真空电子束焊接。
16.所述的步骤(2)中，保温温度与热轧开轧温度等温，热轧开轧温度＞终轧温度。
17.所述的步骤(2)中，热轧压下率为60％-90％。
18.所述的步骤(2)中，终轧温度500-650℃。
19.所述的步骤(2)中，冷却方式为空冷。
20.所述的步骤(2)中，热轧前保温操作使金属粉末的原子振动振幅加大，形成粘接面。
21.所述的步骤(2)中，通过热轧实现粉末成型，获得热轧态cu-fe合金，但合金内部fe原子向cu基体中的扩散极少。
22.所述的步骤(3)中，去壳方式为铣削或线切割等方式。
23.所述的步骤(3)中，冷加工变形处理方式为冷轧、冷锻或冷拔中的一种；冷加工变形量为90％-99.8％。
24.所述的步骤(3)中，制备的高导电高强铜铁合金导电率为60-95％，抗拉强度为490-760mpa。
25.本发明的有益效果：
26.本发明方法在高导电高强铜铁合金的制备过程中，采用不经过球磨直接混合 控制热轧温度的方法，最大限度地减少fe向cu基体中的扩散，有效地抑制fe原子对导电性能的影响，使合金在保持高强度的同时拥有极高的导电率。本发明工艺流程简单，无需球磨、静压等流程且获得了兼具导电率和抗拉强度综合性能优异的cu-fe合金，这是目前其它任何制备方法无法达到的。
附图说明：
27.图1为本发明实施例5制备的高导电高强铜铁合金扫描电镜图；
28.图2为本发明d1-1例制备的热轧合金宏观照片；
29.图3为本发明d1-2例制备的热轧合金宏观照片。
具体实施方式：
30.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
31.实施例1
32.一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的fe含量为5wt.％，导电率为95％iacs，抗拉强度为490mpa。
33.本实施例的高导电高强cu-fe合金的制备方法，包括以下步骤：
34.(1)将粒度为15μm的fe粉和cu粉按质量比为5:95在混粉机中混粉10h；
35.(2)将混合粉末装入长方体金属容器中；
36.(3)将金属容器进行真空电子束焊接；
37.(4)将焊接完的工件在600℃保温20min后热轧，终轧温度为500，压下率为65％，空冷至室温；
38.(5)利用铣削将轧制完的工件去壳；
39.(6)将工件进行冷轧，压下率为98.0％，得到高导电高强铜铁合金，其性能数据如表1所示。
40.d1-1
41.同实施例1，区别在于，开轧前保温时间为15min，获得热轧合金出现开裂，热轧合金宏观照片如图2所示，无法实现铜铁合金制备。经理论分析，原因在于混合粉末保温时间过短，受热不均，中间部位温度低，粉末界面无法实现良好结合，导致轧后无法成型。
42.d1-2
43.同实施例1，区别在于，开轧温度降至550℃，获得热轧合金出现开裂，热轧合金宏观照片如图3所示，无法实现铜铁合金制备。经理论分析原因在于混合粉末保温温度过低，孔隙率过大，粉末界面结合力弱，导致轧后无法成型。
44.实施例2
45.一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的fe含量为8wt.％，导电率为90％iacs，抗拉强度为580mpa。
46.本实施例的高导电高强cu-fe合金的制备方法，包括以下步骤：
47.(1)将粒度为15μm的fe粉和cu粉按8:92比例在混粉机中混粉5h；
48.(2)将混合粉末装入长方体金属容器中；
49.(3)将金属容器进行真空电子束焊接；
50.(4)将焊接完的工件在600℃保温20min后热轧，终轧温度为550，压下率为70％，空冷至室温；
51.(5)利用线切割将轧制完的工件去壳；
52.(6)将工件进行冷轧，压下率为98％，得到高导电高强铜铁合金，其性能数据如表1所示。
53.实施例3
54.一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的fe含量为10wt.％，导电率为87％iacs，抗拉强度为611mpa。
55.本实施例的高导电高强cu-fe合金的制备方法，包括以下步骤：
56.(1)将粒度为15μm的fe粉和cu粉按1：9比例在混粉机中混粉8h；
57.(2)将混合粉末装入长方体金属容器中；
58.(3)将金属容器进行真空电子束焊接；
59.(4)将焊接完的工件在650℃保温20min后热轧，终轧温度为580，压下率为70％，空冷至室温；
60.(5)利用线切割将轧制完的工件去壳；
61.(6)将工件进行冷轧，压下率为98％，得到高导电高强铜铁合金，其性能数据如表1所示。
62.实施例4
63.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，其方案参数及性能数据如表1所示。
64.实施例5
65.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，扫描电镜图如图1所示，其方案参数及性能数据如表1所示。
66.实施例6
67.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，其方案参数及性能数据如表1所示。
68.实施例7
69.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，其方案参数及性能数据如表1所示。
70.实施例8
71.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，其方案参数及性能数据如表1所示。
72.实施例9
73.同实施例1，区别在于，合金成分与制备工艺参数有所不同，得到高导电高强铜铁合金，其方案参数及性能数据如表1所示。
74.d9-1
75.同实施例9，区别在于，开轧前保温时间调整为40min，对制备的铜铁合金进行性能测试，具体数据见表1，导电率降至45％。经对合金微观结构检测发现，开轧前过长的保温工艺下，致使fe原子向cu基体中明显扩散，虽然合金强度实现有限提升，但导电率显著降低。
76.d9-2
77.同实施例9，区别在于，开轧温度为820℃，对制备的铜铁合金进行性能测试，具体数据见表1，可见其导电性能明显下降。经对合金微观结构检测发现，由于过高的开轧温度导致fe原子向cu基体中明显扩散，导电率显著降低。
78.表1
79.