CN105682829A

CN105682829A - 共晶铜铁合金的制造方法

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Publication number: CN105682829A
Application number: CN201480058930.0A
Authority: CN
Inventors: 中岛巌; 来国桥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: US20160265086A1; JP2015093311A; JP6223787B2; WO2015072448A1; CN105682829B; US10094001B2

Abstract

本发明涉及有效地制造高品质的共晶铜铁合金。一种在铜基体中使包含铁的晶体粒片分散的共晶铜铁合金的制造方法，其包括：分别将电解铜装入第1熔化炉(12)、将纯铁的粒片装入第2熔化炉(14)的装入工序(S101)；在第1熔化炉中将电解铜加热至至少其熔点以上并熔融、使其脱氧的铜熔液脱氧工序(S102)；在第2熔化炉中将纯铁加热至至少其熔点以上并熔融、使其脱氧的铁熔液脱氧工序(S103)；进一步升高在第2熔化炉中生成的铁熔液的温度后、使其转移注入至主反应炉(10)的铁熔液转移注入工序(S104)；将在第1熔化炉中生成的铜熔液的温度升高至至少铁的熔点以上的温度后、将该铜熔液转移注入至主反应炉的铜熔液转移注入工序(S105)；和在主反应炉内使铜熔液所含的铜与铁熔液所含的铁进行晶化反应的反应工序(S106)。

Description

共晶铜铁合金的制造方法

技术领域

本发明涉及在以Cu为主要成分的Cu基体中分散有Cu和Fe的金属间化合物(以下，称为“Cu/Fe间化合物”)的共晶铜铁合金的制造方法，尤其涉及作为铜铁新型陶瓷的CFA(Cu-Fe合金)的制造方法。本申请以在日本于2013年11月13日提出的日本专利申请号特愿2013-235214作为基础主张优先权，通过参照这些申请的内容援引至本申请。

背景技术

近年来，在各种领域中希望有例如以IC、LSI的引线框材料为代表的薄板那样具备高强度和高导电性的低成本的电子材料，作为应对这种希望的材料，铜铁合金备受瞩目。铜和铁是彼此互不固溶的金属，在以往的利用熔融、凝固的方法制造时，由于熔化时的偏析等，铜和铁只不过是各自微细地分散，在热加工性上也存在难点。然而，近年来，已开发与不锈钢的制造方法同样的熔融骤冷法，由此使薄板状的铜铁合金的制造成为可能。

作为这样的铜铁合金的制造方法，专利文献1中公开了如下共晶铜铁合金的制造方法：向炉内投入Fe，在Fe完全熔化时装入Cu，使其晶化反应，将反应熔液浇注至铸锭壳体。利用该制造方法得到的铸锭是如下的各种工业材料：在以Cu作为主要成分的基体中均匀地分布有Cu/Fe间化合物的晶体片，通过挤出、压延、拉拔等塑性加工而成为各种工业材料。这样的复合材料由于在Cu基体中分散有作为高导磁性体的Cu/Fe间化合物的晶体片，因此例如作为对于电磁波的屏蔽材料具有非常优异的特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-17163号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1的制法中，向Fe熔液中装入固体的Cu，因此熔液面的紊乱大、容易混进气泡。另外，Cu与Fe的晶化反应立即开始，固相在液相中析出，固相相对于液相所占的比例增大，熔液的粘度变高，因此即使在真空炉内进行脱气也无法完全去除气泡。另外，熔液中，不仅混进空气，而且也混进附着于原料的油脂污物的微细的裂解气。混进熔液中的微细气泡难以通过锻造、挤出的加工而破碎。

在熔液中混进气泡且在铸锭、方坯(billet)等铸坯中形成气孔的情况下，塑性加工受到较大的障碍。尤其对于直径0.1mm级的细线的拉拔，即便铸坯中的微细的气孔也成为断线的原因。因此，在铜铁合金的制造中，期望将熔液中的气泡完全脱气的方法。

另外，共晶铜铁合金为兼具高导电性和强磁性的金属，作为对于电场和磁场这二者的屏蔽材料是最合适的，因此具有对于微波的屏蔽能力等特性。为了使共晶铜铁合金切实地发挥该特性，优选微细的铁颗粒相对于铜基体均匀地分散。因此，期望有效地制造使作为高导磁性体的Cu/Fe间化合物的晶体片更切实地均匀分散于Cu基体的共晶铜铁合金。

本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供新型且改良的共晶铜铁合金的制造方法，其能够有效地制造减少气泡的混入、且Cu/Fe间化合物的晶体片均匀分散的高品质的共晶铜铁合金。

用于解决问题的方案

本发明的一方式的特征在于，其为在铜基体中使包含铁的晶体粒片分散的共晶铜铁合金的制造方法，包括：分别将电解铜装入第1熔化炉、将纯铁的粒片装入第2熔化炉的装入工序；在前述第1熔化炉中将前述电解铜加热至至少其熔点以上并熔融、使铜熔液中的含氧气体脱氧的铜熔液脱氧工序；在前述第2熔化炉中将前述纯铁加热至至少其熔点以上并熔融、使铁熔液中的含氧气体脱氧的铁熔液脱氧工序；进一步升高在前述第2熔化炉中生成的铁熔液的温度后、将该铁熔液转移注入至主反应炉的铁熔液转移注入工序；在前述铁熔液转移注入工序后，将在前述第1熔化炉中生成的铜熔液的温度升高至至少前述铁的熔点以上的温度后、将该铜熔液转移注入至主反应炉的铜熔液转移注入工序；在前述主反应炉内使前述铜熔液所含的铜与前述铁熔液所含的铁进行晶化反应的反应工序；将在前述主反应炉中生成的混合熔液转移注入至铸模的浇注工序；将转移注入至前述铸模的前述混合熔液冷却的冷却工序；和对在前述铸模中生成的铸造物进行加工的加工工序。

根据本发明的一方式，在熔液的粘度变高的Cu/Fe间的晶化反应前使含氧气体充分脱氧的这二者熔液进行对流，由此防止铜铁的二层分离，铜和铁多方位地进行金属间化合。因此，可以有效地制造减少气泡的混入、且Cu/Fe间化合物的晶体片均匀分散的高品质的共晶铜铁合金。

另外，本发明的一方式中，作为前述主反应炉、前述第1熔化炉和前述第2熔化炉，可以使用高频电炉。

由此，各个熔液通过感应电力在各熔化炉内被积极地搅拌，因此可以使各熔液的粘度降低、充分进行气体的脱氧后，在主反应炉中使铜熔液中的纯铁的粒片均匀分散。

另外，本发明的一方式中，可以在前述铜熔液脱氧工序中，向前述铜熔液中添加至少包含硅的脱氧剂。

由此，可以促进铜熔液的脱氧、切实地减少铜熔液中的气泡混进。

另外，本发明的一方式中，可以在前述铁熔液脱氧工序中，向前述铁熔液中添加至少包含硅铁的脱氧剂。

由此，可以促进铁熔液的脱氧、切实地减少铁熔液中的气泡混进。

另外，本发明的一方式中，可以在前述浇注工序中转移注入至用于由前述混合熔液形成薄板坯的铸模后，在前述冷却工序中骤冷至100℃以下。

由此，可以抑制薄板坯中形成的枝晶的生长。

另外，本发明的一方式中，可以在前述浇注工序中转移注入至用于由前述混合熔液形成方坯的铸模后，在前述冷却工序中缓冷至300℃以下。

由此，可以促进方坯中形成的枝晶的生长。

另外，本发明的一方式中，可以在前述加工工序中，对前述铸造物进行热锻造而成型为塑性加工用方坯。

由此，通过热锻造扰乱枝晶的晶体，可以将共晶铜铁合金的物性由各向异性改善为各向同性。

发明的效果

如上说明那样，根据本发明，在熔液的粘度变高的Cu/Fe间的晶化反应前使含氧气体充分脱氧的这二者熔液进行对流，因此防止铜铁的二层分离，铜和铁多方位地进行金属间化合。因此，可以有效地制造减少气泡的混入、且Cu/Fe间化合物的晶体片均匀分散而成的高品质的共晶铜铁合金。

附图说明

图1为示出本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的概要的说明图。

图2为示出本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的流程的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下说明的本实施方式不过度地限定技术方案中记载的本发明的内容，不限于本实施方式中说明的技术方案全部必须作为本发明的解决手段。

首先，边使用附图边说明本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的概要。图1为示出本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的概要的说明图。

本实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的特征在于，使用如下的独立分开的高频电炉：生成铜熔液的熔化炉、生成铁熔液的熔化炉和使铜熔液所含的铜与铁熔液所含的铁进行晶化反应的主反应炉。即，本实施方式中，如图1所示那样，各自独立分为：生成铜熔液的第1熔化炉12、生成铁熔液的第2熔化炉14以及将铜熔液和铁熔液混合而使该铜熔液所含的铜与该铁熔液所含的铁进行晶化反应的主反应炉10。需要说明的是，本说明书中“共晶铜铁合金”是指，包含具有金属和陶瓷的中间性质的铜铁新型陶瓷CFA(Cu-Fe合金)在内的广义的金属相关材料。

另外，本实施方式中，为了通过感应电力积极地搅拌炉内的熔液，作为这些主反应炉10、第1熔化炉12和第2熔化炉14，使用高频电炉，这些主反应炉10、第1熔化炉12和第2熔化炉14的特征在于，由耐火度为SK38以上的镁砖形成。尤其，也是为了在主反应炉10中生成共晶铜铁合金的过程中防止渗碳体(Fe₃C)反应，主反应炉10优选使用由耐火度为SK38以上的镁砖形成的高频电炉。另外，作为第1和第2熔化炉12、14，可以使用燃烧炉或电炉，从制造高品质的共晶铜铁合金的观点出发，优选使用作为电炉之一的高频感应炉。

第1熔化炉12中装入电解铜，将该电解铜加热至至少其熔点以上、例如1400℃并熔融，由此生成铜熔液。本实施方式中，作为第1熔化炉12使用高频感应炉，因此在第1熔化炉12中生成铜熔液的过程中该铜熔液通过感应电力被搅拌，将该铜熔液中的气体脱气。该气体中含氧，因此所述脱气工序包括脱氧工序。另外，本实施方式中，将铜熔液由第1熔化炉12转移注入至主反应炉10时，为了使利用管的挤出转移注入顺利、防止由与转移注入至主反应炉10的铁熔液的温度差导致的扰乱，对于第1熔化炉12，在将生成的铜熔液转移注入至主反应炉10之前，进一步加热该铜熔液以使其变得高于铁的熔点温度、使其升温至1550℃。

第2熔化炉14中装入纯铁的粒片，将该纯铁的粒片加热至至少其熔点以上、例如1600℃并熔融，由此生成铁熔液。本实施方式中，作为第2熔化炉14使用高频感应炉，因此在第2熔化炉14中生成铁熔液的过程中该铁熔液通过感应电力被搅拌，边将该铁熔液中的气体脱气边进行脱氧。另外，本实施方式中，为了在主反应炉10中有效进行与铁熔液的晶化反应，对于第2熔化炉14，在将生成的铁熔液转移注入至主反应炉10之前，进一步加热该铁熔液、使其升温至1650℃。即，为了容易将与主反应炉10中的1550℃的铜熔液混合的混合熔液的温度收敛于1600℃，进一步加热铁熔液、使其升温至1650℃。

主反应炉10中混合由第1反应炉12转移注入的铜熔液和由第2反应炉14转移注入的铁熔液，使该铜熔液所含的铜与该铁熔液所含的铁进行晶化反应，生成温度调整为1600℃的混合熔液。本实施方式中，为了使铁熔液和铜熔液的混合熔液在主反应炉10内有效地进行晶化反应，最初是将在第2熔化炉14中生成的1650℃的铁熔液转移注入至主反应炉10，然后接着将在第1熔化炉12中生成的1550℃的铜熔液转移注入至主反应炉10。即，在主反应炉10中，将在第1熔化炉12中生成的1550℃的铜熔液相对于在第2熔化炉14中生成的1650℃的铁熔液进行转移注入。将铜熔液和铁熔液转移注入至主反应炉10时，为了不使含氧等的气体、附着于原料的油脂污物的微细的裂解气等以气泡的形式混入，边注意液面的紊乱边进行转移注入。

另外，如下述表1所示，铜和铁的熔点和密度分别不同。即，对于熔点，铁的熔点高，对于密度，无论固体还是液体，均为铜的密度大。因此，本实施方式中，通过将密度小、熔点高的铁熔液首先转移注入至主反应炉10后，再转移注入密度大、熔点低的铜熔液，由于上层的铜熔液和下层的铁熔液之间存在密度差和温度差，因此可以由这些差异产生对流而防止二层分离，多方位地开始金属间化合。因此，有效且切实地生成在铜基体中使作为高导磁性体的包含铁的Cu/Fe间化合物的晶体片更均匀分散而成的高品质的共晶铜铁合金。

[表1]

组成物质	单位	Cu	Fe	差量	CuFe₆	CuFe₃
							熔点	℃	1083	1535	452
固体密度	kg/m³	8960	7874	1086	7909	7796
							液体密度	kg/m³	7940	7035	905

进而，本实施方式中，作为主反应炉10使用高频感应炉，因此边在主反应炉10内使混合熔液晶化反应，边在生成的过程中通过感应电力搅拌该混合熔液，因此能够降低混合熔液的粘度、充分进行气体的脱氧。因此，在主反应炉10中，使铜熔液中的纯铁的粒片均匀分散，因此能够降低铜熔液的粘度、充分进行气体的脱氧，从而生成减少了气泡混入的高品质的共晶铜铁合金。

另外，本实施方式中，各自独立分为：生成铜熔液的第1熔化炉12、生成铁熔液的第2熔化炉14以及将铜熔液和铁熔液混合而使该铜熔液所含的铜与该铁熔液所含的铁进行晶化反应的主反应炉10。如前所述，这些第1熔化炉12、第2熔化炉14、主反应炉10均使用高频电炉，边通过感应电力积极搅拌炉内的熔液边使熔液温度升高。因此，通过独立分为这些炉10、12、14，容易分别将炉10、12、14调整为所期望的不同温度，因此可以有效地生成共晶铜铁合金。

接着，边使用附图边说明本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的流程。图2为示出本发明的一个实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法的流程的流程图。

本实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法能够有效地制造在铜基体中使包含铁的晶体粒片即Cu/Fe间化合物分散的共晶铜铁合金，其中，尤其有效地制造作为铜铁新型陶瓷的CFA(Cu-Fe合金)。共晶铜铁合金中，CFA为兼具铜和铁的特性、可用一种材料将磁波和电波变为电流、并且可根据薄板/棒/细线等用途而自由加工的具有金属和陶瓷的中间性质的铜铁新型陶瓷。因此，CFA为能够适合于导电材料、电热材料、电磁波屏蔽材料、建筑材料、磁性材料、弹簧材料等的有用且新型的金属相关材料。

本实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法包括装入工序S101、铜熔液脱氧工序S102、铁熔液脱氧工序S103、铁熔液转移注入工序S104、铜熔液转移注入工序S105、反应工序S106、浇注工序S107、冷却工序S108、判断是否再调和工序S109、再调和工序S110和加工工序S111。而且，这些工序S101～S111按照图2所示的流程进行。

装入工序S101中，分别将电解铜装入第1熔化炉12，将纯铁的粒片装入第2熔化炉14。电解铜是通过对粗铜电解精炼而得到的所谓电解铜，是纯度为99.99％以上的纯铜。纯铁是碳含量为0.02％以下、其它杂质元素非常少的铁，不能使用钢材、尤其是碳钢。另外，纯铁的粒片优选为通过退火等经球状化处理得到的球状。进而，装入工序S101中，作为共晶铜铁合金，为了得到例如优异的电磁波屏蔽效果，可以与电解铜和纯铁的粒片一同少量添加钴、镍、锰、铬等。

铜熔液脱氧工序S102中，第1熔化炉12中将电解铜加热至至少其熔点以上并熔融、使铜熔液中的含氧气体脱氧。具体而言，将第1熔化炉12的温度设为Cu的熔点(1083℃)以上且Fe的熔点(1535℃)以下、例如1400℃，使电解铜熔化而生成铜熔液。需要说明的是，从促进脱气的观点出发，第1熔化炉12的温度优选为尽可能的高温区域。

另外，铜熔液脱氧工序S102中，在使电解铜熔化后，保持第1熔化炉12的温度，使铜熔液中的气体充分脱气。脱气时间基于电解铜的投入量而不同，例如投入100kg时为20～50分钟左右。

进而，本实施方式中，为了促进铜熔液的脱氧、切实地减少铜熔液中的气泡混进，在铜熔液脱氧工序S102中向铜熔液中添加至少包含硅的脱氧剂。需要说明的是，作为Cu用脱氧材料，也可以使用包含除硅以外的磷、锂等的脱氧材料。

铁熔液脱氧工序S103中，第2熔化炉14中将纯铁加热至至少其熔点以上并熔融、使铁熔液中的含氧气体脱氧。具体而言，将第2熔化炉14的温度至少设为Fe的熔点(1535℃)以上、例如1600℃，使纯铁熔化而生成铁熔液。需要说明的是，从促进脱气的观点出发，第2熔化炉14的温度优选为尽可能的高温区域。

另外，铁熔液脱氧工序S103中，在使纯铁熔化后，保持第2熔化炉14的温度，使铁熔液中的气体充分脱气。脱气时间基于纯铁的投入量而不同，例如投入100kg时为20～50分钟左右。

进而，本实施方式中，为了促进铁熔液的脱氧、切实地减少铁熔液中的气泡混进，在铁熔液脱氧工序S103中向铁熔液中添加至少包含硅铁的脱氧剂。需要说明的是，作为Fe用脱氧材料，也可以使用包含除了硅铁以外的铝、锰、钛、硅等的脱氧剂。

需要说明的是，图2所示的流程图中，铜熔液脱氧工序S102之后继续进行铁熔液脱氧工序S103，但也可以在铜熔液脱氧工序S102之前进行铁熔液脱氧工序S103，另外，本实施方式中，由于生成铜熔液和铁熔液的熔化炉为各自独立设置的炉，因此也可以同时进行铜熔液脱氧工序S102和铁熔液脱氧工序S103，从而谋求制造共晶铜铁合金的效率化。

铁熔液转移注入工序S104中，进一步升高在第2熔化炉14中生成的铁熔液的温度例如为1650℃后，将该铁熔液转移注入至主反应炉10。然后，铜熔液转移注入工序S105中，使在第1熔化炉12中生成的铜熔液的温度升高至至少铁的熔点以上例如为1550℃后，将该铜熔液转移注入至主反应炉10。这样，通过使铜熔液升高为铁的熔点以上后转移注入至转移注入有铁熔液的主反应炉10，在后续的反应工序S106中变得有效地进行铜铁的晶化反应。

另外，本实施方式中，首先将密度小、温度高的铁熔液转移注入至主反应炉10，然后转移注入密度大、温度低于铁熔液的铜熔液，因此在上层的铜熔液和下层的铁熔液之间由于密度差和温度差而产生对流。因此，在后续的反应工序S106中，防止铜熔液和铁熔液的二层分离，多方位地开始金属间化合，有效且切实地生成在铜基体中使Cu/Fe间化合物的晶体片更均匀分散而成的高品质的共晶铜铁合金。

反应工序S106是在主反应炉10内使铜熔液所含的铜与铁熔液所含的铁进行晶化反应。晶化反应工序S106中，将主反应炉10的温度至少设为Fe的熔点(1535℃)以上、例如为1600℃，使铜和铁处于熔液状态，使这些铜和铁进行晶化反应。从促进和完成晶化反应的观点出发，主反应炉10的温度优选为尽可能的高温区域。需要说明的是，晶化反应时间基于原料的投入量而不同，例如投入总计200kg时为5～40分钟左右。另外，反应工序S106中，为了得到优异的电磁波屏蔽效果，也可以少量添加钴、镍、锰、铬等。

Fe对于Cu的溶解度低至2％，因此大半成为过饱和成分，立即与Cu结合、进而这些结合单元重复晶化反应而生长成金属间化合物。对于金属间化合物的密度，如前述表1所示那样，CuFe₆为7909kg/m³、CuFe₃为7796kg/m³与Cu液相的密度7940kg/m³为相同程度，因此这些晶体粒片也悬浮于Cu的分散介质中。即，反应工序S106中，作为转移注入至主反应炉10的高温液相的铜熔液和铁熔液的混合熔液成为包含该金属间化合物的固相和铜熔液的液相的高温固液混相。晶体粒片的粒径微细至10^-9～10^-7m，晶体粒片的一部分球状化，大半呈扁平的带状。重复晶化反应、分散粒片的浓度变高时，与Cu液相的混相成为分散胶体，流动阻力增大、体现出高粘度。

另外，Cu/Fe间的晶化反应不完全的情况下，发生使品质降低的Fe偏析，在由晶体生长而巨晶化的情况下，材料的物性劣化。即，增进由金属间化合产生的胞粒化、固相的浓度提高时，固液混相熔液的粘度急剧增大，随之胞粒的生长减弱、晶化反应也衰弱。因此，优选将反应温度和反应时间最优化、进而根据反应熔液的粘度变化而判断反应的进行程度。需要说明的是，晶化反应时间可以通过粘度增大的效果来判断。

浇注工序S107中，将在主反应炉10中生成的混合熔液转移注入至期望的铸模。例如，由混合熔液制造薄板坯作为铸造物时，在浇注工序S107内转移注入至用于形成薄板坯的铸模。另外，由混合熔液制造方坯作为铸造物时，在浇注工序S107内转移注入至用于由混合熔液形成方坯的铸模。

冷却工序S108中，将转移注入至铸模的混合熔液冷却。即，反应工序S106中生成的成为高温固液混相的混合熔液通过冷却而生成作为低温复合体的铜铁新型陶瓷。为了由混合熔液制造薄板坯作为铸造物，浇注工序S107内转移注入至薄板坯用的铸模时，薄板坯为板状、冷却效果高，因此出于抑制薄板坯中形成的枝晶的生长的目的，例如以达到100℃以下的方式在水中骤冷。与此相对，为了由混合熔液制造方坯作为铸造物而在浇注工序S107内转移注入至方坯用的铸模时，方坯为大致长方体的块状、保温效果高，因此出于促进方坯中形成的枝晶的生长的目的，例如以达到300℃以下的方式通过自然冷却进行缓冷。需要说明的是，为了得到均匀分散有微晶体粒片的铜铁合金铸锭，优选在冷却工序S108中利用超声波振荡器等对铸模施加振动。

另外，需要时也可以向经过冷却工序S108得到的铸坯(铸锭)中适当追加纯铜并进行调和，在此基础上以例如1300℃以上且1500℃以下的温度使其再熔融。具体而言，在判断是否再调和工序S109内，判断是否进行铸造物再调和，根据该铸造物的用途而判断为需要再调和时，在再调和工序S110内追加铜而调整Cu/Fe比、进行再调和，并以1400℃进行再熔融。对于再熔融后的调和熔液，在后续的加工工序S111中利用连续铸造方式制成铸件(方坯)，通过对铸件进行热加工(挤出、压延、拉拔等)、热处理，可实现制品化为稳定的材料。需要说明的是，在判断是否再调和工序S109内，判断为不需要再调和时，略过再调和工序S110，转到后续的加工工序S111。

加工工序S111是对在铸模中生成的铸造物进行加工。具体而言，加工工序S111中，对于铸坯(铸锭)进行塑性加工(热加工、冷加工)、退火等而制品化。例如，在加工成线材的情况下，对铸锭进行锻造制成圆棒材料，经热辊压延而制成线材，将该线材多次冷拉丝，由此可以拔丝至直径0.1mm级的细线。另外，加工工序S111内对利用本实施方式的共晶铜铁合金的制造方法生成的铸造物进行热锻造而成型为塑性加工用方坯，由此扰乱枝晶的晶体，可以将共晶铜铁合金的物性由各向异性改善为各向同性。

这样，本实施方式中，在熔液的粘度变高的Cu/Fe间的晶化反应前使含氧气体充分脱氧的这二者熔液进行对流，由此防止铜铁的二层分离，铜和铁多方位地进行金属间化合。因此，可以有效地制造减少气泡的混入、且Cu/Fe间化合物的晶体片均匀分散而成的高品质的共晶铜铁合金。

尤其，本实施方式中，由第2熔化炉14向主反应炉10将加热至铁的熔点以上的温度而生成的铁熔液转移注入至主反应炉10，然后将加热至至少铁的熔点以上的温度的铜熔液转移注入至主反应炉10。因此，反应工序S106中，转移注入至主反应炉10的作为高温液相的铜熔液和铁熔液的混合熔液成为包含作为Cu/Fe间化合物的晶体片的金属间化合物的固相和铜熔液的液相的高温固液混相，然后在冷却工序S108内有效地制造成为低温复合体的铜铁新型陶瓷即CFA。

另外，本实施方式中，生成铜熔液和铁熔液的熔化炉12、14是独立分开的，因此在熔液的粘度变高的Cu/Fe间的晶化反应前的铜熔液脱气工序S102和铁熔液脱气工序S103中，可以将铜熔液中和铁熔液中的气体分别充分脱气。若如以往那样在同一熔化炉内混合铜熔液和铁熔液，则在铜熔液的液相中铜和铁之间发生晶化结合反应，混合熔液的粘度急剧增大，因此该混合熔液的脱气变得困难。因此，本实施方式中，将铜和铁在各自分开的熔化炉12、14中熔化、进行脱氧，然后在主反应炉10内混合。

实施例

以下，对于本发明的实施例进行说明。本实施例中，通过前述的本发明的一实施方式所述的共晶铜铁合金的制造方法而制造共晶铜铁合金(50Cu-50Fe)的铸锭(1000Kg)。实施例1为冷却工序S108内骤冷而以共晶铜铁合金生成导电材料的实施例，实施例2为冷却工序S108内缓冷而以共晶铜铁合金生成电磁波遮蔽材料的实施例。需要说明的是，本发明不限于这些实施例。

[实施例1]

首先，由耐火度为SK38以上的镁砖形成的高频电炉构成的容量为1000kg的主反应炉10、作为铜熔液生成用的辅助熔化炉的容量为500kg的第1熔化炉12、和作为铁熔液生成用的辅助熔化炉的容量为500kg的第2熔化炉14分别各设1台。

接着，向第1熔化炉12中装入500kg量的高纯度电解铜。此时，使用挥发性溶剂清洗油脂等污物。然后，将第1熔化炉12加热至1400℃，使电解铜熔融而进行脱氧。对于铜熔液的脱氧，使用硅，完全地进行脱氧。

另外，向第2熔化炉14中装入500kg量的纯铁。此时，使用挥发性溶剂清洗油脂等污物。然后，将第2熔化炉14加热至1600℃，使纯铁熔融而进行脱氧。对于铁熔液的脱氧，使用硅铁，完全地进行脱氧。

然后，将第2熔化炉14的铁熔液升高至1650℃，将其全部量转移注入至主反应炉10，然后将第1熔化炉12的铜熔液升高至1550℃，将其全部量转移注入至主反应炉10。在熔液的转移注入时，相对于1650℃的铁熔液，关注液面的紊乱而使1550℃的铜熔液流入。然后，将主反应炉10的混合熔液的温度调整为1600℃后保持。作为金属间化合的共晶反应的反应时间设为30分钟。此时，由于上层的铜熔液和下层的铁熔液之间存在密度差和温度差，因此由这些差异产生的对流而防止二层分离，多方位地开始金属间化合。

主反应炉10内结束共晶反应后，将主反应炉10的晶化熔液转移注入至薄板坯生成用的铸模、进行骤冷而制成薄板坯。薄板坯的尺寸(a×b×t)制为250mm×500mm×30mm、尽可能为偏平。此时，若在铸模内晶化熔液的凝结开始、胞粒的分散密度升高，则由分子间力的作用使胞粒集合、附着，生长为分子晶格、晶胚、枝晶。尤其，若在晶体界面发生摇动，则其成为驱动力而生长为树枝叶状的枝晶，因此本实施例中，为了防止枝晶生长而进行骤冷。

然后，薄板坯根据用途而进行再调和、以1400℃再熔融。此时，再调和时，向作为共晶铜铁合金的CFA50中追加铜、调整Cu/Fe比。另外，再熔融时，金属间化合物的胞粒没有被分解。冷却再调和熔液而制成铸锭。然后，铸锭以800℃进行热锻造而成型为塑性加工用方坯。可知通过这样进行热锻造，扰乱枝晶的晶体，可以将作为共晶铜铁合金的CFA的物性由各向异性改善为各向同性。

[实施例2]

接着，向第1熔化炉12中装入500kg量的高纯度的电解铜。此时，使用挥发性溶剂清洗油脂等污物。然后，将第1熔化炉12加热至1400℃，使电解铜熔融而进行脱氧。对于铜熔液的脱氧，使用硅，完全地进行脱氧。

主反应炉10内结束共晶反应后，将主反应炉10的晶化熔液转移注入至方坯生成用的铸模、进行缓冷而制成方坯。方坯的尺寸(a×b×l)制为150mm×150mm×225mm、尽可能为块状的长方体。此时，若在铸模内晶化熔液的凝结开始、胞粒的分散密度升高，则由分子间力的作用使胞粒集合、附着，生长为分子晶格、晶胚、枝晶。尤其，若在晶体界面发生摇动，则其成为驱动力而生长为树枝叶状的枝晶，因此本实施例中，为了促进枝晶生长而进行缓冷。

然后，薄板坯根据用途而进行再调和、以1400℃再熔融。此时，再调和时，向作为共晶铜铁合金的CFA50中追加铜、调整Cu/Fe比。另外，再熔融时，金属间化合物的胞粒没有被分解。冷却再调和熔液而制成铸锭。而且，铸锭以800℃进行热锻造而成型为塑性加工用方坯。可知通过这样进行热锻造，扰乱枝晶的晶体，可以将作为共晶铜铁合金的CFA的物性由各向异性改善为各向同性。

需要说明的是，如上所述详细说明了本发明的各实施方式和各实施例，但可以进行实质上未脱离本发明的新发明事项和效果的各种变形，这对本领域技术人员来说是容易理解的。因此这样的变形例全部包括在本发明的范围内。

例如，在说明书或附图中，对于至少有一次与更广义或同义的不同术语一同记载的术语，即使在说明书或附图的任何地方都可以替换为该不同的术语。另外，共晶铜铁合金的制造方法的操作也不限于本发明的各实施方式中说明的内容，可以实施各种变形。

附图标记说明

10主反应炉、12第1熔化炉、14第2熔化炉、S101装入工序、S102铜熔液脱氧工序、S103铁熔液脱氧工序、S104铁熔液转移注入工序、S105铜熔液转移注入工序、S106反应工序、S107浇注工序、S108冷却工序、S109判断是否再调和工序、S110再调和工序、S111加工工序。

Claims

1.一种共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，其为在铜基体中使包含铁的晶体粒片分散的共晶铜铁合金的制造方法，包括：

分别将电解铜装入第1熔化炉、将纯铁的粒片装入第2熔化炉的装入工序；

在所述第1熔化炉中将所述电解铜加热至至少其熔点以上并熔融、使铜熔液中的含氧气体脱氧的铜熔液脱氧工序；

在所述第2熔化炉中将所述纯铁加热至至少其熔点以上并熔融、使铁熔液中的含氧气体脱氧的铁熔液脱氧工序；

进一步升高在所述第2熔化炉中生成的铁熔液的温度后、将该铁熔液转移注入至主反应炉的铁熔液转移注入工序；

在所述铁熔液转移注入工序后，将在所述第1熔化炉中生成的铜熔液的温度升高至至少所述铁的熔点以上的温度后、将该铜熔液转移注入至主反应炉的铜熔液转移注入工序；

在所述主反应炉内使所述铜熔液所含的铜与所述铁熔液所含的铁进行晶化反应的反应工序；

将在所述主反应炉中生成的混合熔液转移注入至铸模的浇注工序；

将转移注入至所述铸模的所述混合熔液冷却的冷却工序；

对在所述铸模中生成的铸造物进行加工的加工工序。

2.根据权利要求1所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，作为所述主反应炉、所述第1熔化炉和所述第2熔化炉，使用高频电炉。

3.根据权利要求1或2所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，所述铜熔液脱氧工序中，向所述铜熔液中添加至少包含硅的脱氧剂。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，所述铁熔液脱氧工序中，向所述铁熔液中添加至少包含硅铁的脱氧剂。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，在所述浇注工序中转移注入至用于由所述混合熔液形成薄板坯的铸模后，在所述冷却工序中骤冷至100℃以下。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，在所述浇注工序中转移注入至用于由所述混合熔液形成方坯的铸模后，在所述冷却工序中缓冷至300℃以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，所述加工工序中，对所述铸造物进行热锻造而成型为塑性加工用方坯。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的共晶铜铁合金的制造方法，其特征在于，所述共晶铜铁合金为在铜基体中使包含铁的晶体粒片分散的铜铁新型陶瓷。