CN101709400A - 硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法，它是利用多元微合金化、固溶强化、时效强化、细晶强化、形变强化、纤维强化等多方式综合强化技术，以Cu为基体，加入少量Fe以及微量的Ag、B元素、稀土或稀土化合物，通过熔炼、浇铸、热锻或热轧、固溶处理、冷轧或冷拔、时效等工艺，制备出高强高导电铜合金材料。本发明具有制备出的材料不仅强度高而且导电导热性好、制备工艺简单、成本低的优点，从而实现其在电子、信息、交通、能源、冶金、机电等领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过硼、银、稀土元素添加Cu-Fe复合材料及其制备方法，属有色金属材料技术领域。
背景技术
高强高导电铜合金材料是电子、信息、交通、能源、冶金、机电等领域不可或缺的关键材料，广泛应用于制造集成电路引线框架、电气化铁路接触导线、高强磁场线圈、电动机转子导线、电阻焊电极等。
铜合金材料的导电性与强度是一对难以兼顾的矛盾，即电导率好则强度差，而强度提高则导电率降低。形变原位复合材料法制备高强高导电铜合金材料是一种获得最好强度与导电性组合的可靠方法，也是目前铜合金材料研究领域的热门和前沿。目前形变铜基原为复合材料的研究主要集中于Cu-Nb和Cu-Ag原位复合材料，但是由于Nb和Ag都是贵金属，而且Nb的熔点高达2648℃，液态Cu和Nb又存在较大的不溶混间隙，因此限制了这类新材料的制备和应用。Cu-Fe合金的原料来源广，成本低，且Fe的熔点相对较低，液态Fe与Cu的不溶混间隙较小，Cu-Fe母合金制备方便，因此研制一种新的Cu-Fe系原位复合材料及其制备方法是十分具有发展潜力的。
公告号CN100532600公开了一种纤维复合强化Cu-Fe-RE合金及其制备方法，材料化学成分为3％～10％Fe，0.03％～0.3％混合稀土，其余为Cu。公开号CN1687479公开了一种高强高导Cu-Fe-Ag纳米原位复合材料的制备方法，该发明将铸态组织细化和形变结合，将纳米纤维增强和纳米粒子弥散强化相结合，提高材料强度的同时增大其导电性能。
发明内容
本发明的目的是，提供一种不仅强度高而且导电导热性好的、制备工艺简单、成本低的铜铁原位复合材料及其制备工艺。
本发明的技术方案是，本发明的Cu-Fe原位复合材料是通过熔炼、浇铸、热锻或热轧、冷轧、冷拔最后成型的铜材。
本发明的Cu-Fe原位复合材料的配方成分组成为(按质量百分比计)：
铁：5～18
银：0.01～1.00
硼：0.001～0.500
稀土或稀土混合物：0.001～1.000
铜：余量
本发明的Cu-Fe原位复合材料配方中的稀土是指含铈或钇或镧元素的金属或合金或氧化物，稀土混合物是指含铈或钇或镧中的二种或三种元素的合金或氧化物混合物。
本发明的Cu-Fe原位复合材料是通过以下步骤制备：
1、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、纯铁或含铁合金、纯银或含银合金、含硼合金、稀土金属或稀土混合物或含稀土合金混合，得到配料；
2、熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化；
3、浇铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模、石墨模或其它模中得到铸锭；
4、热锻或热轧：将上述浇铸铸锭放入热处理炉中，加热至700℃～950℃区间的某一温度，保温1～5小时，然后热锻或在常规热轧机上热轧，使其达到20％以上的变形；
5、固溶处理：将热锻或热轧后的合金装入热处理炉中，加热至900℃～1050℃区间的某一温度，保温0.2～5小时，然后进行淬火处理；
6、冷轧：将淬火后的合金进行20％以上的变形处理；
7、退火：将冷轧后的合金在300℃～700℃之间的某一温度，保温0.1～3小时，随炉冷；
8、冷拔：将处理后的合金进行多道次30％以上的变形处理；
9、时效处理：将合金在200℃～600℃某一区间，保温1～24小时。
本发明通过在Cu-Fe合金中添加一定含量的Ag，主要起三方面的作用，一是降低高温下Fe在Cu中的固溶度，促进低温下Fe从Cu基体析出，使材料的导电性能提高；二是细化Fe枝晶，并使之变成球形状，使材料的强度得到显著提高；三是改善材料的塑性，极其显著地提高材料的冷变形性能，从而大幅度提高材料的成材率。
本发明通过添加一定含量的B元素，主要起二方面的作用，一是净化作用，降低材料中的气体和杂质元素含量，使材料的导电性能提高；二是提高材料的再结晶温度，有利于提高时效和退火温度，促进Fe粒子析出，使材料获得最佳的强度和导电综合性能。
本发明通过添加适量的稀土金属或稀土混合物，提高了金属熔体的纯净度，同时对材料晶粒细化也起到了重要作用，有利于同时提高材料的强度和导电性能。
本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明将铜合金材料基体净化，组织细化与形变强化相结合，利用Fe纤维增强和Fe粒子弥散强化结合，使得材料的强度与导电性能达到了最佳的组合，材料的拉伸强度达到700～1200MPa，导电率达到55～65％IACS，同时，加入微量的Ag改善材料的加工性能，使得材料的制备方法简单、成材率高、成本低。
本发明铜合金材料能够实现其在集成电路引线框架、电气化铁路接触导线、高强磁场线圈、电动机转子导线、电阻焊电极等行业广泛应用。
附图说明
附图为本发明工艺流程图
具体实施方式
实施例1
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的纯铁8％、纯银0.05％、含硼合金0.05％、稀土Ce0.01％、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入石墨模中得到铸锭；
(4)热轧：将上述浇铸铸锭放入热处理炉中，加热至880℃，保温3小时，然后在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的合金装入热处理炉中，加热至950℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的合金进行80％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的合金，加热至450℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的合金进行多道次80％的变形处理；
(9)时效处理：将合金在450℃，保温1小时。
最后制得的铜合金材料
抗拉强度≥700MPa
电导率：≥60％IACS
实施例2
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的含铁合金10％、纯银0.05％、含硼合金0.05％、稀土镧0.01％、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入石墨模中得到铸锭；
(4)热锻：将上述浇铸铸件放入热处理炉中，加热至900℃，保温3小时，然后在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的合金装入热处理炉中，加热至980℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的合金进行80％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的合金，加热至470℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的合金进行多道次80％的变形处理；
(9)时效处理：将合金在450℃，保温1小时。
最后制得的铜合金材料
抗拉强度：≥800MPa
电导率：≥58％IACS
实施例3
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的纯铁15％、含银合金0.1％、含硼0.05％合金、稀土钇0.01％、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模中得到铸锭；
(4)热锻：将上述浇铸铸件放入热处理炉中，加热至930℃，保温3小时，然后在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的合金装入热处理炉中，加热至1000℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的合金进行80％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的合金，加热至490℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的合金进行多道次80％的变形处理；
(9)时效处理：将合金在450℃，保温1小时。
最后制得的铜合金材料
抗拉强度：≥900MPa
电导率：≥58％IACS
实施例4
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的纯铁16％、含银合金0.08％、含硼0.05％合金、稀土钇0.01％和稀土铈0.01％、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模中得到铸锭；
(4)热锻：将上述浇铸铸件放入热处理炉中，加热至950℃，保温3小时，然后在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的合金装入热处理炉中，加热至1000℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的合金进行85％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的合金，加热至500℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的合金进行多道次80％的变形处理；
(9)时效处理：将合金在450℃，保温1小时。
最后制得的铜合金材料
抗拉强度：≥950MPa
电导率：≥55％IACS
Claims (3)
1.一种硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法，其特征在于，本发明的Cu-Fe原位复合材料的配方成分组成为(按质量百分比计)：铁：5～18；银：0.01～1.00；硼：0.001～0.500；稀土或稀土混合物：0.001～1.000；铜：余量。
2.根据权利要求1所述的硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法，其特征在于，所述方法中Cu-Fe原位复合材料配方中的稀土是指含铈或钇或镧元素的金属或合金或氧化物，稀土混合物是指含铈或钇或镧中的二种或三种元素的合金或氧化物混合物。
3.根据权利要求1所述的硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法，其特征在于，所述Cu-Fe原位复合材料是通过熔炼、浇铸、热锻或热轧、冷轧、冷拔最后成型的铜材，其制备工艺步骤如下：
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、纯铁或含铁合金、纯银或含银合金、含硼合金、稀土金属或稀土混合物或含稀土合金混合，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模、石墨模或其它模中得到铸锭；
(4)热锻或热轧：将上述浇铸铸锭放入热处理炉中，加热至700℃～950℃区间的某一温度，保温1～5小时，然后热锻或在常规热轧机上热轧，使其达到20％以上的变形；
(5)固溶处理：将热锻或热轧后的合金装入热处理炉中，加热至900℃～1050℃区间的某一温度，保温0.2～5小时，然后进行淬火处理；
(6)冷轧：将淬火后的合金进行20％以上的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的合金在300℃～700℃之间的某一温度，保温0.1～3小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的合金进行多道次30％以上的变形处理；
(9)时效处理：将合金在200℃～600℃某一区间，保温1～24小时。
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