[发明专利]一种铜铁合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜铁合金的制备方法，其特征在于，该铜铁合金的质量百分比组成为40.0～60.0wt％的Fe，余量为Cu和不可避免杂质；该铜铁合金包括以下制备步骤：1)制备Cu包覆Fe粉：按照目标成分，称量铁粉和氧化铜粉进行球磨混粉，球料比为3～10：1，转速为200～300rpm，球磨时间为20～30min，得到混合粉；混合粉先进行氢气还原，还原温度250℃～300℃，还原时间为60～120min；还原结束后，继续升温至700～800℃，保温时间为3～6h，得到Cu包覆Fe粉；2)压制成型：将Cu包覆Fe粉压制成型得到坯料。本发明铜铁合金的铜铁分布均匀、相对密度高，具有优良的导电率和力学性能。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜铁合金的制备方法。

背景技术

目前铜铁合金兼具铜高导电性、高导热性、优良的延展性和铁的高强度、电磁屏蔽、耐磨性等优点，其良好的可加工性能，使得通过调整成分和生产工艺可以制备出不同形态和性能的产品，应用于电磁屏蔽材料、异种合金焊接材料、高导电高张力线材、散热材料等，因而具有广阔的应用前景。目前铜铁合金线材已经出口韩国和日本，在新能源充电桩和汽车线束上进行应用测试，并尝试在焊接领域用于异种合金焊丝。铜铁合金带材尝试用于医疗器械的屏蔽材料、大电流条件下的接插件材料。

但是铜铁合金目前面临着两个主要问题：

(1)粗大的Fe相：室温时Fe和Cu几乎完全不互溶，1050℃时溶解度为3.5％，635℃时下降到0.15％。因此，在制备高铁含量铜铁合金时，凝固过程会析出粗大的铁相，劣化铸坯的可加工性能，并最终导致成品性能差。

(2)成分偏析：以往的研究只关注铜铁合金铸坯存在的头尾Fe含量偏差，但是大量的研究和试验表明，铜铁铸坯的中心和边缘同样存在严重的成分偏差。铜铁液相具有较大的正溶解热，在液相线以下存在亚稳难混溶间隙。即合金液在液相线以上的温度可以形成成分均匀的熔体，不存在偏聚情况，当合金熔体过冷至亚稳溶解度曲线以下时，合金过冷熔体将有发生液相分离的倾向，当过冷熔体的成分与温度的交点位于其内部时，原有的某一成分均匀的合金熔体将会自发地分解为两个成分不同的液相。因此，高铁含量铜铁合金(Fe含量5-90wt％)在凝固过程极易形成偏析严重的组织，铸坯中心和边缘的成分偏差很大，严重影响了CuFe合金的应用。

目前用来制备铜铁合金坯料的主要方法有以下几种：

传统熔铸法：将铜块和铁块(铜铁中间合金块)依次在熔炼炉熔化，待完全熔化后，采用浇铸、水平连铸、半连铸等传统熔铸法制成铸锭。后续结合冷或热加工和时效的工艺提高铜铁合金的性能，但是传统熔铸法仅能用来制备铁含量20wt％以下的铜铁合金，即便如此在Fe含量高于5wt％时，合金就存在严重的偏析。如专利号为CN202010688379.5的中国专利《一种高强高导铜铁合金及其制备方法》，所述铜铁合金材料按重量百分含量计，该合金化学成分包括：5.0～15.0wt％Fe、0.0125～0.12wt％C、0.05～0.30wt％Mo、0.01～1.00wt％La或/和Ce，余量为Cu和不可避免的杂质。该专利中提到此种方法制备的铜铁合金的成分偏析十分严重，铸锭头部和尾部的铁含量浓度偏差在5～10％，造成产品性能的不稳定。

快速凝固法：快速凝固是指通过快速冷却，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。目前常见的快速凝固技术有雾化法、单辊甩带法、气相沉积法等。其优点是可以细化晶粒并抑制成分偏析，同时Fe在基体中的固溶度，有利于提高材料的强度。但是快速凝固法制备铜铁合金的过程控制难度大，无法得到性能和质量稳定的产品。同时快速凝固技术虽然一定程度上减轻了成分偏析程度，但是无法完全解决液相分离造成的成分偏析问题。