[发明专利]Cu-Fe原位复合铜基材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高导电率铜基材料，具体涉及Cu-Fe材料及其制备方法。

背景技术

铜因具有优异的导电、导热、耐腐蚀性而被广泛应用于社会生产的各个领域。但纯铜强度、硬度较低，即便是通过加工硬化，强度和硬度仍不能满足人们的使用要求。随着科学技术的高速发展，对导电材料的高强度和高导电性能也提出了越来越高的要求，因此开发新的高强高导铜合金材料成为目前铜合金领域的研究热点之一。

原位形变法是近年来发展出的一种新方法，可保持较高的导电率和强度综合匹配，同时制备方法简单，已成为高导电铜基材料的一个重要研究方向。

目前原位形变铜基复合材料的研究主要集中于Cu-Ag和Cu-Nb系，这主要是因为Ag和Nb在铜中都具有很低的室温溶解度，大形变量原位形变后形成的在接近纯铜的基体中所均匀分布的纤维状Ag或Nb纤维能起显著的强化作用，同时又不显著恶化其导电性能。与Cu-Ag和Cu-Nb相比，对Cu-Fe系材料研究尚不系统，但由于其低廉的成本引起了研究者广泛的兴趣，同时Cu-Fe还有更突出的优点：①Fe的熔点比较低，液态Fe与Cu的溶混间隙小，应用普通工业熔炼设备即可制备合金坯料；②Fe和Cu的密度比较接近，熔铸法制备材料时比重偏析小，可以制备尺寸较大的坯料。因此，在工业规模制备和应用方面，Cu-Fe原位复合材料更具潜力。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种Cu-Fe原位复合铜基材料及其制备方法，同时提供了通过热处理获得导电率与强度不同匹配的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种Cu-Fe原位复合铜基材料，材料中Fe的含量为5-22％wt，P的含量为0.01-0.3％wt，在冷拉拔后，铁相为沿形变方向的纤维状结构。

一种制备上述材料的方法，其步骤如下：

在中频感应炉中熔炼，首先加入Cu和Fe，加热至1300-1400℃，待上述炉料熔化后，加入适量铜磷中间合金，如Cu-15％wtP，调整成分后在水冷金属模中浇铸成锭；铸锭在800-875℃进行热挤压或热锻成棒坯，随后经850-875℃/1h+500℃/5h固溶时效处理后进行持续冷拉拔，加工完成后可选择进行350-550℃的退火处理以获得所需性能。

有益效果：1、本发明的Cu-Fe原位复合铜基材料中的Fe相在拉拔后由枝晶状逐渐变成沿形变方向的纤维状结构，材料的强度显著升高，同时保持了较高的导电率。

2、材料的强度随冷拉拔程度的增加显著增加；

3、P的加入降低了Fe在Cu中的固溶度，从而获得更高的导电率。

4、可对冷拉拔后的Cu-Fe原位复合铜基材料进行热处理，以获得范围更宽的强度与导电率配合。

附图说明

图1冷拉拔后的Cu-Fe-P材料纵截面金相组织图。

具体实施方式

表1中列出了一些典型材料成分：

表1表中各成份含量以质量百分比计

制备上述四种材料的原材料采用了高纯度(99.98％)的标准阴极铜、电工纯铁(DT4)以及铜磷中间合金(Cu-15％P)。四种材料均在ZG101-10B型真空中频感应电炉中熔炼，Cu、Fe原料随炉加入，升温至1400℃，待原料熔清后加入铜磷中间合金并保温5min，随后采用水冷金属模浇注成直径62mm的圆锭坯。锭坯在780℃热挤压至直径30mm棒坯，经固溶(875℃/1h，水冷)、时效处理(500℃/5h，主要目的是降低固溶在铜基体中的过饱和铁含量)后，进行一系列的连续冷拉拔至0.5mm，得到性能测试用Cu-Fe原位复合铜基材料，其中部分试样在最终变形后进行了退火处理。相关性能列于表2中：表2

由上表和图1可知，本发明的Cu-Fe原位复合铜基材料中的Fe相在拉拔后由枝晶状逐渐变成沿形变方向的纤维状结构，材料的强度显著升高，同时保持了较高的导电率。且材料的强度随冷拉拔程度的增加显著增加；P的加入降低了Fe在Cu中的固溶度，从而获得了更高的导电率。对冷拉拔后的Cu-Fe原位复合铜基材料进行热处理，可以获得范围更宽的强度与导电率配合。