CN109576516A - 一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，它涉及金属加工工艺领域，具体涉及一种铜铁合金板线材的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的高铁含量的电磁波屏蔽用Cu‑Fe合金宏观偏析，加工过程中易开裂、制备流程长制备流程长和制备成本高的问题。方法：一、称料；二、熔炼；三、喷射沉积制带坯；四、制备Cu‑Fe合金线材或Cu‑Fe合金板材；五、酸洗；六、热处理，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材。本发明制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材中铁的含量高达30％～60％。本发明可获得一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工工艺领域，具体涉及一种铜铁合金板线材的制备方法。
背景技术
铜铁合金属于亚稳难混溶合金，当少量弥散相分布于基体时，该合金会表现出特殊的物理和力学性能，该系合金因成本低廉、原材料丰富以及巨大的磁阻效应，在航空汽车和电子工业领域中具有良好的应用前景。低铁含量的铜铁合金板线材，被广泛应用于制备电器工程开关电桥、大规模集成电路引线框架、电阻焊电极等，随着铁含量的逐渐增加，铜铁合金板线材具有优异的磁阻效应，因此被广泛应用于电磁波屏蔽材料。
初级固溶理论认为：两种元素的原子半径及电化学性质越相似，则越容易形成固溶体，但Fe-Cu系却是例外，它们的原子半径几乎相等，化学亲和力或电负性以及其他化学性质都很类似，但在熔点以下的溶解度却很小，平衡状态下，Fe在Cu中的固溶度为2.5wt.％，且随着Fe含量的增加，Cu-Fe合金在凝固过程中极易形成偏析严重的组织，即合金的显微组织主要以初生的富Fe枝晶形式存在于Cu基体中，Fe含量越高，α-Fe枝晶越粗大，宏观偏析的存在，大大阻碍了Cu-Fe合金的生产与应用。铜铁合金板线材传统的制备方式为，熔铸成锭坯，然后通过挤压、轧制、拉拔等塑性变形方式加工成各种尺寸与规格的板材或线材，对于Fe含量低于30wt.％的Cu-Fe合金，可以采用传统的方法制备，但对于铁含量达30～60wt.％的电磁波屏蔽用Cu-Fe合金，采用该方法存在以下问题：由于较高的Fe含量，其极易宏观偏析，使得熔铸与加工难度很大，锭坯制作的成功率较低；随着Fe含量增加，合金的变形抗力增加迅速，加工过程中极易开裂，不得不增加变形次数来达到变形效果，这增加了制备流程，降低了生产效率，增加了制备成本。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法制备的高铁含量的电磁波屏蔽用Cu-Fe合金宏观偏析，加工过程中易开裂、制备流程长制备流程长和制备成本高的问题，而提供一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法。
一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为30％～60％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1500℃～1600℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.5MPa～0.8MPa的条件下，控制铜辊切向速度为8m/s～20m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
四、制备Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材：
若制备Cu-Fe合金线材是按以下步骤完成的：
①、将Cu-Fe合金带坯通过分条机，得到Cu-Fe合金条；
②、将Cu-Fe合金条通过轧线机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金线材；
若制备Cu-Fe合金板材是按以下步骤完成的：
将Cu-Fe合金带坯通过轧机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金板材；
五、酸洗：
使用温度为30℃～40℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材。
本发明的优点：
(1)、相比较传统熔炼铸造加多道次变形工艺手段，采用本发明的方法，制备流程极大缩短，可连续在线生产板材或线材，降低了制备成本；
(2)、本发明采用喷射沉积，极大增加了铜铁合金的冷却速度，可以克服高Fe含量Cu-Fe合金的宏观偏析；
(3)、在纯氩气环境内，结合加压喷射沉积加轧制变形方法，克服了快速凝固制备铜铁合金板线材孔隙率高的问题，可得到致密的组织；
(4)、本发明制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材中铁的含量高达30％～60％。
本发明可获得一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法的制备流程图；
图2为实施例四制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材的背散射扫描电子显微图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为30％～60％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1500℃～1600℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.5MPa～0.8MPa的条件下，控制铜辊切向速度为8m/s～20m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
四、制备Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材：
若制备Cu-Fe合金线材是按以下步骤完成的：
①、将Cu-Fe合金带坯通过分条机，得到Cu-Fe合金条；
②、将Cu-Fe合金条通过轧线机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金线材；
若制备Cu-Fe合金板材是按以下步骤完成的：
将Cu-Fe合金带坯通过轧机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金板材；
五、酸洗：
使用温度为30℃～40℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材。
图1为具体实施方式一所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法的制备流程图；
本实施方式的优点：
(1)、相比较传统熔炼铸造加多道次变形工艺手段，采用本实施方式的方法，制备流程极大缩短，可连续在线生产板材或线材，降低了制备成本；
(2)、本实施方式采用喷射沉积，极大增加了铜铁合金的冷却速度，可以克服高Fe含量Cu-Fe合金的宏观偏析；
(3)、在纯氩气环境内，结合加压喷射沉积加轧制变形方法，克服了快速凝固制备铜铁合金板线材孔隙率高的问题，可得到致密的组织；
(4)、本实施方式制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材中铁的含量高达30％～60％。
本实施方式可获得一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中所述的熔炼时间为30min～60min。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为10mm～50mm，厚度为0.1mm～0.8mm。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤四①中所述的Cu-Fe合金条的宽度为1mm～2mm，厚度为0.3mm～0.6mm。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤四②中所述的Cu-Fe合金线材的直径为0.15mm～0.3mm。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的Cu-Fe合金板材的厚度为0.1mm～0.2mm。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤六中所述的热处理的温度为650℃～700℃，热处理时间为15min～60min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种电磁波屏蔽用铜铁合金板材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为53％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1540℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
步骤二中所述的熔炼时间为60min；
步骤二中所述的机械搅拌速度为150r/min；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.6MPa的条件下，控制铜辊切向速度为15m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为15mm，厚度为0.3mm；
四、制备Cu-Fe合金板材：
将Cu-Fe合金带坯通过轧机，经过3道次轧制后，得到Cu-Fe合金板材；
步骤四中所述的Cu-Fe合金板材的厚度为0.1mm；
五、酸洗：
使用温度为30℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金板材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金板材；
步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2；
步骤五中所述的酸洗时间为10min；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金板材；
步骤六中所述的热处理的温度为700℃，热处理时间为15min。
实施例二：一种电磁波屏蔽用铜铁合金板材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为36％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1500℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
步骤二中所述的熔炼时间为40min；
步骤二中所述的机械搅拌速度为100r/min；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.6MPa的条件下，控制铜辊切向速度为8m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为16mm，厚度为0.6mm；
四、制备Cu-Fe合金板材：
将Cu-Fe合金带坯通过轧机，经过5道次轧制后，得到Cu-Fe合金板材；
步骤四中所述的Cu-Fe合金板材的厚度为0.2mm；
五、酸洗：
使用温度为30℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金板材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金板材；
步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2；
步骤五中所述的酸洗时间为5min；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金板材；
步骤六中所述的热处理的温度为650℃，热处理时间为60min。
实施例三：一种电磁波屏蔽用铜铁合金线材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为53％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1540℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
步骤二中所述的熔炼时间为60min；
步骤二中所述的机械搅拌速度为150r/min；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.6MPa的条件下，控制铜辊切向速度为15m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为15mm，厚度为0.3mm；
四、制备Cu-Fe合金线材：
①、将Cu-Fe合金带坯通过分条机，得到Cu-Fe合金条；
步骤四①中所述的Cu-Fe合金条的宽度为1mm，厚度为0.3mm；
②、将Cu-Fe合金条通过轧线机，经过6道次轧制后，得到Cu-Fe合金线材；
步骤四②中所述的Cu-Fe合金线材的直径为0.15mm；
五、酸洗：
使用温度为30℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金线材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金线材；
步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2；
步骤五中所述的酸洗时间为10min；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材；
步骤六中所述的热处理的温度为700℃，热处理时间为15min。
实施例四：一种电磁波屏蔽用铜铁合金线材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为40％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1500℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
步骤二中所述的熔炼时间为40min；
步骤二中所述的机械搅拌速度为100r/min；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.6MPa的条件下，控制铜辊切向速度为8m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为16mm，厚度为0.6mm；
四、制备Cu-Fe合金线材：
①、将Cu-Fe合金带坯通过分条机，得到Cu-Fe合金条；
步骤四①中所述的Cu-Fe合金条的宽度为2mm，厚度为0.6mm；
②、将Cu-Fe合金条通过轧线机，经过6道次轧制后，得到Cu-Fe合金线材；
步骤四②中所述的Cu-Fe合金线材的直径为0.3mm；
五、酸洗：
使用温度为30℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金线材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金线材；
步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2；
步骤五中所述的酸洗时间为5min；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材；
步骤六中所述的热处理的温度为650℃，热处理时间为60min。
图2为实施例四制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材的背散射扫描电子显微图。
从图2可知，实施例四制备的电磁波屏蔽用铜铁合金线材具有致密的组织。
Claims (8)
1.一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法是按以下步骤完成的:
一、称料：
按照成分配比称取纯铜和纯铁，得到原材料；
步骤一中所述的原材料中纯铁的质量分数为30％～60％；
二、熔炼：
使用氩气清洗带机械搅拌装置的高纯石英坩埚炉膛，得到氩气清洗后的高纯石英坩埚；将原材料投入到氩气清洗后的高纯石英坩埚中，再将氩气清洗后的高纯石英坩埚抽真空至3×10-3Pa，原材料在真空度为3×10-3Pa的高纯石英坩埚中进行熔炼，熔炼温度为1500℃～1600℃，熔炼过程中进行持续的机械搅拌，熔炼结束后向高纯石英坩埚中通入0.5个大气压的氩气作为保护性气体，得到Cu-Fe合金熔体；
三、喷射沉积制带坯：
在氩气气氛和高纯石英坩埚的内外压差为0.5MPa～0.8MPa的条件下，控制铜辊切向速度为8m/s～20m/s进行喷射沉积，得到Cu-Fe合金带坯；
四、制备Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材：
若制备Cu-Fe合金线材是按以下步骤完成的：
①、将Cu-Fe合金带坯通过分条机，得到Cu-Fe合金条；
②、将Cu-Fe合金条通过轧线机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金线材；
若制备Cu-Fe合金板材是按以下步骤完成的：
将Cu-Fe合金带坯通过轧机，经过3道次～6道次轧制后，得到Cu-Fe合金板材；
五、酸洗：
使用温度为30℃～40℃的混合酸溶液对Cu-Fe合金线材或Cu-Fe合金板材进行酸洗，再使用清水冲洗干净，得到酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材；
六、热处理：
将酸洗后的Cu-Fe合金线材或酸洗后的Cu-Fe合金板材在氩气气氛下热处理，并收卷，得到电磁波屏蔽用铜铁合金线材或电磁波屏蔽用铜铁合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤二中所述的熔炼时间为30min～60min。
3.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤三中所述的Cu-Fe合金带坯的宽度为10mm～50mm，厚度为0.1mm～0.8mm。
4.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤四①中所述的Cu-Fe合金条的宽度为1mm～2mm，厚度为0.3mm～0.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤四②中所述的Cu-Fe合金线材的直径为0.15mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤四中所述的Cu-Fe合金板材的厚度为0.1mm～0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤五中所述的混合酸溶液是质量分数为35％的稀硫酸和质量分数为10％的稀盐酸的混合液，质量分数为35％的稀硫酸与质量分数为10％的稀盐酸的体积比为1:2。
8.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用铜铁合金板线材短流程的制备方法，其特征在于步骤六中所述的热处理的温度为650℃～700℃，热处理时间为15min～60min。
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