CN109722560B - 一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ZrC增强Cu‑Fe基复合材料及其制备方法，属于高强高导铜基材料领域，包括如下质量百分数的组分：Fe 5‑15％，ZrC0.5‑1.5％，B 0.02‑0.05％，余量为Cu；制备方法为：先熔炼纯铜并加入Zr元素得到铜锆合金熔体，将Fe‑C二元合金和Cu‑B中间合金加入到铜锆合金熔体中，控制熔体温度和Zr/C原子比，获得含有ZrC细小颗粒弥散分布的熔体；然后经过定向凝固获得复合材料铸坯；再经过锻造—固溶淬火—拉拔热处理等工序制备ZrC增强Cu‑Fe基复合材料线材，促进了Fe‑Zr纳米相的析出。本发明的材料具有良好的强化效果和导电性能，且其Fe纤维的热稳定性较好。

Description

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高强高导铜基材料领域，具体的涉及一种ZrC增强 Cu-Fe基复合材料及其制备方法。

背景技术

自二十世纪以来,随着科学技术的不断飞速发展,在强磁场磁铁线圈绕组、大规模集成电路的引线框架及高速电气机车的架空导线等诸多领域中,对导电材料的强度及导电能力提出了越来越高的要求。传统提高铜合金强度的主要方法为在Cu基体中加入合金元素，然后通过固溶淬火和形变热处理促进纳米沉淀相析出，但是，为了获得良好的导电性能，该种方法加入的合金元素含量偏低，析出强化作用有限，一般抗拉强度均小于600Mpa。工业上其他常用的铜基导电材料也难以获得良好的强度和导电性能匹配，例如纯铜、弥散铜及 Cu-0.2Ag等合金强度太低，而传统的高强度铜合金如Cu-Be和Cu-Ti 合金虽然可以获得1000Mpa以上的强度，但是，其导电率太低。在这种背景下，纤维强化成为了制备高强高导铜基材料的热点领域，称为纤维增强Cu基原位复合材料，例如Cu-Cr、Cu-Nb、Cu-Zr、Cu-Ag、Cu-Fe等Cu基系列材料。纤维增强Cu基原位复合材料中一般包含两相,通常由Cu基体和高熔点体心立方过渡族金属(如Nb、Mo、Ta、V、 Cr)或者面心立方金属Ag等第二相构成。两相均在合金凝固过程中原位生成并在后续变形加工过程中第二相演变为纤维相,直径和间距达到微米甚至纳米数量级，当纤维间距小于微米级别，纤维相的强化作用使合金力学性能大大提高。目前对Cu-Nb、Cu-Ag和Cu-Cr系合金进行了大量的研究，并且部分已取得了商业上的应用，但是由于其价格过于昂贵，没有能够得到广泛的应用。与Ag和Nb相比，Fe不仅成本较低,还有更突出的优点：Fe的熔点比较低，液态Fe与Cu的溶混间隙小，容易实现工业上的熔炼；Fe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；Fe流变应力和Cu很相似，Cu-Fe合金具有很好的变形能力，在室温下可以充分变形而不发生断裂。因此，在工业规模制备和应用方面，Cu-Fe原位复合材料具有十分广阔的应用前景。

然而，在高温时Fe和Cu的相互溶解度比较大,而Fe是能引起 Cu电阻率大幅度提高的元素之一，但在低温时Fe析出速率很慢，给导电性能的提高带来难度，而且，作为主要强度来源的Fe纤维容易在形变热处理和使用过程中发生球化、断裂，加大了材料的加工难度，并降低了材料的适用温度范围。因此，Cu-Fe基复合材料面临的主要问题是如何促进Fe元素从铜基体中快速析出以进一步优化材料的强度和导电性能匹配，以及如何通过成分和工艺设计提高Fe纤维的热稳定性。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种能够解决上述问题的ZrC 增强Cu-Fe基复合材料及其制备方法。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，包括如下质量百分数的组分：

Fe 5-15％；

ZrC 0.5-1.5％；

B 0.02-0.05％；

余量为Cu，其他杂质总含量≤0.3％。

进一步地，所述ZrC增强Cu-Fe基复合材料包括如下质量百分数的组分：

Fe 8-12％；

ZrC 0.8-1.0％；

B 0.035％；

余量为Cu，其他杂质总含量≤0.2％。

进一步地，所述ZrC中Zr元素和C元素的原子比介于1.2:1至 1.5:1之间。Zr元素的加入量超过计量比ZrC的Zr含量,以形成非计量比的ZrCx颗粒，并在复合材料中保留一定量的Zr溶质原子。

本发明还提供了上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在真空感应炉中加入纯铜和铜锆中间合金，加热熔化制得铜锆合金熔体；

(2)将Fe-C二元合金和Cu-B中间合金加入到步骤(1)制得的铜锆合金熔体中，升温熔化并定向凝固，获得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)通过退火对步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料进行成分均匀化，再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后采用热锻的方式对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)，并进行轧制加工，制得精复合材料圆杆；

(5)采用多道次拉拔和多次中间热处理的方式减小步骤(4)中制得的精复合材料圆杆的直径，即制得ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

具体地，所述步骤(1)中先加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在300-400Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1230-1280℃，加入铜锆中间合金，保温10-15min。

所述铜锆中间合金的锆元素的质量百分含量介于10-20％之间，余量为Cu，杂质含量≤0.3％；

具体地，所述步骤(2)中先加入Cu-B中间合金，升温至1400-1450℃并保温5-10min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C 二元合金(以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温10-15min。

所述Cu-B中间合金的B元素的质量百分含量介于3-4.5％之间，所述Fe-C二元合金的C元素的质量百分含量介于3-6％之间。

具体地，所述步骤(2)中定向凝固处理为：当熔体温度达到 1350-1400℃后保温10-20min(使熔体的温度均匀且稳定)，然后在 300-500μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆(即ZrC增强铜基复合材料坯料)的制备，该铸杆的直径为25-28mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上。

具体地，所述步骤(3)中退火处理为：在850-900℃的温度环境中曝露4-8h，然后炉冷；热锻前将坯料在800-850℃的温度下加热 2-3h进行预热处理，所述热锻采用模锻方式，热锻后制得的粗复合材料圆杆的直径为16-18mm。

具体地，所述步骤(4)中固溶淬火工艺的参数如下：固溶温度为950-1000℃，时间为1-2h，采用室温水淬火；轧制加工后制得的精复合材料圆杆的直径为8.5-10mm。

具体地，所述步骤(5)中多道次拉拔和中间热处理工序具体为：首先进行第一道次拉拔，材料直径由8.5-10mm减小为6.0-7.0mm，然后进行第一次中间热处理，即在500-550℃的温度条件下加热 30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由6.0-7.0mm减小为3.0-5.0mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为80-120℃，时间为48-96h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由3.0-5.0mm减小为1.5-2.5mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为400-500℃，时间为 2-6h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由1.5-2.5mm减小为0.2-0.5mm；拉拔的总变形量达到η≥9，以使Fe纤维的厚度尺寸达到0.5-1um。

3.有益效果

本发明提供的ZrC增强Cu-Fe基复合材料含有稳定的细小弥散的 ZrC颗粒，并通过固溶、时效热处理促进了Fe-Zr纳米相的析出，不但获得了良好的强化效果和导电性能，而且能够明显提高Fe纤维的热稳定性，改善了该类材料适用的温度范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，按照Cu-5Fe-0.5ZrC-0.02B的名义成分准备纯铜、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铸铁材料(铸铁的主要成分为含碳量大于2％的Fe-C二元合金)，Zr/C中Zr元素和 C元素的原子比为1.2:1，不考虑Fe元素烧损。

上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)先在真空感应炉中加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在300Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1230℃，加入铜锆中间合金，保温15min，制得铜锆合金熔体；

(2)在铜锆合金熔体中加入铜硼中间合金，升温至1400℃并保温10min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金(以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温15min，所得熔体中含有弥散分布的ZrC细小颗粒；调整熔体温度至1350℃后保温20min，使熔体温度均匀、稳定，然后在300μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，铸杆直径25mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比 ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上，制得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)将步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料曝露在 850℃的温度环境下8h，然后炉冷(即退火处理，实现材料成分均匀化)；再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后将坯料在800℃的温度下加热3h进行预热处理后，采用模锻方式的热锻工艺对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆，其直径为16mm；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，固溶淬火处理的参数为：固溶温度为950℃，时间为2h，采用室温水淬火，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)；然后进行轧制加工，制得精复合材料圆杆，其直径为8.5mm；

(5)对步骤(4)中制得的精复合材料圆杆进行第一道次拉拔，材料直径由8.5mm减小为6.0mm，然后进行第一次中间热处理，即在 500℃的温度条件下加热30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由6.0mm减小为3.0mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为80℃，时间为96h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由3.0mm减小为1.5mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为400℃，时间为6h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由1.5mm减小为0.2mm，即制得一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

实施例2

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，按照Cu-8Fe-0.8ZrC-0.035B 的名义成分准备纯铜、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铸铁材料(铸铁的主要成分为含碳量大于2％的Fe-C二元合金)，Zr/C中Zr元素和C元素的原子比为1.2:1，不考虑Fe元素烧损。

上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)先在真空感应炉中加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在320Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1240℃，加入铜锆中间合金，保温15min，制得铜锆合金熔体；

(2)在铜锆合金熔体中加入铜硼中间合金，升温至1420℃并保温10min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金(以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温15min，所得熔体中含有弥散分布的ZrC细小颗粒；调整熔体温度至1360℃后保温18min，使熔体温度均匀、稳定，然后在350μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，铸杆直径26mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比 ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上，制得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)将步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料曝露在 860℃的温度环境下7h，然后炉冷(即退火处理，实现材料成分均匀化)；再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后将坯料在820℃的温度下加热3h进行预热处理后，采用模锻方式的热锻工艺对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆，其直径为16mm；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，固溶淬火处理的参数为：固溶温度为960℃，时间为2h，采用室温水淬火，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)；然后进行轧制加工，制得精复合材料圆杆，其直径为9mm；

(5)对步骤(4)中制得的精复合材料圆杆进行第一道次拉拔，材料直径由9mm减小为6.0mm，然后进行第一次中间热处理，即在520℃的温度条件下加热30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由6.0mm减小为3.5mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为90℃，时间为84h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由3.5mm减小为1.5mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为420℃，时间为5h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由1.5mm减小为0.3mm，即制得一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

实施例3

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，按照Cu-10Fe-0.9ZrC-0.035B 的名义成分准备纯铜、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铸铁材料，Zr/C 原子比1.3:1，不考虑Fe元素烧损。

上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)先在真空感应炉中加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在350Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1250℃，加入铜锆中间合金，保温12min，制得铜锆合金熔体；

(2)在铜锆合金熔体中加入铜硼中间合金，升温至1430℃并保温8min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金 (以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温12min，所得熔体中含有弥散分布的ZrC细小颗粒；调整熔体温度至1380℃后保温15min，使熔体温度均匀、稳定，然后在400μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，铸杆直径27mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比 ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上，制得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)将步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料曝露在 870℃的温度环境下6h，然后炉冷(即退火处理，实现材料成分均匀化)；再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后将坯料在830℃的温度下加热2.5h进行预热处理后，采用模锻方式的热锻工艺对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆，其直径为 17mm；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，固溶淬火处理的参数为：固溶温度为970℃，时间为1.5h，采用室温水淬火，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)；然后进行轧制加工，制得精复合材料圆杆，其直径为9.5mm；

(5)对步骤(4)中制得的精复合材料圆杆进行第一道次拉拔，材料直径由9.5mm减小为6.5mm，然后进行第一次中间热处理，即在 530℃的温度条件下加热30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由6.5mm减小为4.0mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为100℃，时间为72h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由4.0mm减小为2.0mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为450℃，时间为4h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由2.0mm减小为0.4mm，即制得一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

实施例4

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，按照Cu-12Fe-1.0ZrC-0.035B 的名义成分准备纯铜、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铸铁材料(铸铁的主要成分为含碳量大于2％的Fe-C二元合金)，Zr/C中Zr元素和C元素的原子比为1.4:1，不考虑Fe元素烧损。

上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)先在真空感应炉中加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在380Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1260℃，加入铜锆中间合金，保温10min，制得铜锆合金熔体；

(2)在铜锆合金熔体中加入铜硼中间合金，升温至1440℃并保温7min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金 (以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温10min，所得熔体中含有弥散分布的ZrC细小颗粒；调整熔体温度至1380℃后保温12min，使熔体温度均匀、稳定，然后在450μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，铸杆直径28mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比 ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上，制得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)将步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料曝露在 880℃的温度环境下6h，然后炉冷(即退火处理，实现材料成分均匀化)；再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后将坯料在840℃的温度下加热2h进行预热处理后，采用模锻方式的热锻工艺对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆，其直径为18mm；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，固溶淬火处理的参数为：固溶温度为980℃，时间为1h，采用室温水淬火，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)；然后进行轧制加工，制得精复合材料圆杆，其直径为10mm；

(5)对步骤(4)中制得的精复合材料圆杆进行第一道次拉拔，材料直径由10mm减小为7.0mm，然后进行第一次中间热处理，即在 540℃的温度条件下加热30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由7.0mm减小为4.5mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为110℃，时间为60h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由4.5mm减小为2.3mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为470℃，时间为3h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由2.3mm减小为0.3mm，即制得一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

实施例5

一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料，按照Cu-15Fe-1.5ZrC-0.05B 的名义成分准备纯铜、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铸铁材料，Zr/C 原子比1.5:1，不考虑Fe元素烧损。

上述ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)先在真空感应炉中加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在400Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1280℃，加入铜锆中间合金，保温10min，制得铜锆合金熔体；

(2)在铜锆合金熔体中加入铜硼中间合金，升温至1450℃并保温5min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金 (以利于发挥B元素稳定非计量比的ZrCx颗粒的晶体结构的作用，避免该颗粒在高温条件下分解)，保温10min，所得熔体中含有弥散分布的ZrC细小颗粒；调整熔体温度至1400℃后保温10min，使熔体温度均匀、稳定，然后在500μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，铸杆直径28mm，以获得足够的冷却速率使得小尺寸的非计量比 ZrCx相分布于Fe晶粒内部，大尺寸的ZrC颗粒分布于Cu/Fe界面上，制得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)将步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料曝露在 900℃的温度环境下4h，然后炉冷(即退火处理，实现材料成分均匀化)；再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后将坯料在850℃的温度下加热2h进行预热处理后，采用模锻方式的热锻工艺对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆，其直径为18mm；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，固溶淬火处理的参数为：固溶温度为1000℃，时间为1h，采用室温水淬火，制得过饱和固溶体(可提高材料的塑性变形能力)；然后进行轧制加工，制得精复合材料圆杆，其直径为10mm；

(5)对步骤(4)中制得的精复合材料圆杆进行第一道次拉拔，材料直径由10mm减小为7.0mm，然后进行第一次中间热处理，即在 550℃的温度条件下加热30min后，用室温水淬火(该工艺一方面可消除轧制和第一道次拉拔的加工应力，另一方面对材料进行欠时效处理，在材料内部产生大量的纳米析出相，并保留一定的过饱和溶解度)；再进行第二道次拉拔，材料直径由7.0mm减小为5.0mm，然后进行第二次中间热处理，热处理工艺的温度为120℃，时间为48h，室温冷却；接着进行第三道次拉拔，材料直径由5.0mm减小为2.5mm，然后进行第三次中间热处理，热处理工艺的温度为500℃，时间为2h；最后进行第四次多道次拉拔加工，材料直径由2.5mm减小为0.5mm，即制得一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材。

对上述各实施例制得的ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材的抗拉强度、电导率及抗软化温度性能进行检测，结果见下表：

各实施例所得产品的性能表

由上表可知，本发明所提供的ZrC增强Cu-Fe基复合材料的抗拉强度、电导率及抗软化温度均较好，则其不但获得了良好的强化效果和导电性能，还改善了该类材料中Fe纤维的热稳定性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，所述ZrC增强Cu-Fe基复合材料包括如下质量百分数的组分：

Fe 5-15％；

ZrC 0.5-1.5％；

B 0.02-0.05％；

余量为Cu，其他杂质总含量≤0.3％；

所述ZrC中Zr元素和C元素的原子比介于1.2:1至1.5:1之间；

所述制备方法包括如下步骤：

(1)在真空感应炉中加入纯铜和铜锆中间合金，加热熔化制得铜锆合金熔体；

(2)将Fe-C二元合金和Cu-B中间合金加入到步骤(1)制得的铜锆合金熔体中，升温熔化并定向凝固，获得ZrC增强铜基复合材料坯料；

(3)通过退火对步骤(2)中制得的ZrC增强铜基复合材料坯料进行成分均匀化，再通过切削加工对坯料进行铣面处理去除表面氧化层，然后采用热锻的方式对该坯料进行初步加工，制得粗复合材料圆杆；

(4)对步骤(3)中制得的复合材料圆杆进行固溶淬火处理，制得过饱和固溶体，并进行轧制加工，制得精复合材料圆杆；

(5)采用多道次拉拔和多次中间热处理的方式减小步骤(4)中制得的精复合材料圆杆的直径，即制得ZrC增强Cu-Fe基复合材料线材；

所述步骤(2)中所述Cu-B中间合金先于Fe-C二元合金加入到铜锆合金熔体中，然后在1400-1450℃的温度条件下保温5-10min，待B元素在熔体中充分弥散分布后，再加入Fe-C二元合金，保温10-15min。

2.根据权利要求1所述的一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中先加入纯铜，然后将真空感应炉的炉腔抽真空至真空度达到1Pa以下，充入氩气，充气后炉腔内的真空度保持在300-400Pa，再缓慢加热至纯铜熔化，接着加温至1230-1280℃，加入铜锆中间合金，保温10-15min。

3.根据权利要求1所述的一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中定向凝固处理为：当熔体温度达到1350-1400℃后保温10-20min，然后在300-500μm/s的抽拉速度下进行圆形铸杆的制备，该铸杆的直径为25-28mm。

4.根据权利要求1所述的一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中固溶淬火工艺的参数如下：固溶温度为950-1000℃，时间为1-2h，采用室温水淬火。

5.根据权利要求1所述的一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述中间热处理分为三次时效处理，第一次时效处理为欠时效处理后室温水淬火，第二次时效处理为低温长时间时效处理，第三次时效处理为高温短时间时效处理。

6.根据权利要求1所述的一种ZrC增强Cu-Fe基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述多道次拉拔处理后的总变形量达到η≥9。