CN109923231A - 高导热性的铁-铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高导热性的铁‑铜合金(Fe‑Cu Alloy)及其制备方法。本发明提供一种包含铁55～95原子％；及铜5～45原子％的铁‑铜合金。另外，本发明提供一种铁‑铜合金的制备方法，包括：第一工序，准备熔炉；第二工序，向所述熔炉投入铁和铜并熔解而形成熔液，以便按铁‑铜合金的重量基准，包含铁55～95原子％和铜5～45原子％；第三工序，使所述熔液稳定化；及第四工序，将所述稳定化的熔液投入铸模进行铸造。根据本发明，提供一种铁‑铜合金，作为以铁为主成分的铁类合金，具有高导热性及机械物性以及电磁波屏蔽性及软磁性等，不仅作为模具材料，还可以广泛用于电子部件及机械部件等。

Description

高导热性的铁-铜合金及其制备方法
技术领域
本发明作为在铁(Fe)基中包含适量的铜(Cu)的新型铁-铜(Fe-Cu)合金，涉及一种在具有高导热性的同时具有优秀的机械物性、电磁波屏蔽性及软磁性等的铁-铜合金及其制备方法。
背景技术
金属相关制造产业正在用诸如铝合金的轻量材料替代钢铁材料。铝合金不仅具有轻量性，而且导热性、耐腐蚀性及韧性等优秀，在多种产业领域广泛用作多样用途。铝合金可以利用高导热性而使热迅速地冷却，使成型品的变形和弯曲实现最小化。因此，铝合金正在有用地用作注塑成型或压铸(die casting)用模具材料。
例如，韩国公开专利公报第10-2015-0046014号及韩国登记专利公报第10-1606525号等提出了一种涉及压铸用铝合金的技术。铝合金以铝(Al)为基础，包含少量的硅(Si)、铁(Fe)、锰(Mn)及镁(Mg)等，铝-硅-镁(Al-Si-Mg)型合金正在被大量用作压铸用模具材料。
但是，铝合金的强度和耐磨损性等机械物性低。因此，不仅具有高导热性及耐腐蚀性，而且强度及耐磨损性等机械物性优秀的铍-铜(Be-Cu)合金正作为模具材料而倍受瞩目。例如，日本公开专利公报JP2003-003246号、韩国公开专利公报第10-2012-0048287号、韩国公开专利公报第10-2015-0053814号等提出了涉及铍-铜(Be-Cu)合金的技术。
铍-铜(Be-Cu)合金作为具有高强度和高导热性等的实用合金，其作为压铸用模具材料等十分有用。铍-铜(Be-Cu)合金大部分通过在熔解铍(Be)和铜(Cu)进行铸造后反复进行基于热轧或冷轧的塑性加工和退火处理的方法而获得，添加有用于提高机械物性的钴(Co)。但是，铍-铜(Be-Cu)合金难以连续铸造，铍(Be)和铜(Cu)原料本身的价格高，存在经济性下降的问题。因此，铍-铜(Be-Cu)合金由于高价而有限地用于高级制品，存在通用性下降的问题。
发明内容
因此，本发明作为能够替代原有铍-铜(Be-Cu)合金的新型铁类合金组成，目的在于提供一种具有经改善的特性的铁-铜(Fe-Cu)合金、其制备方法及用途。
具体而言，本发明目的在于提供一种铁-铜(Fe-Cu)合金及其制备方法，在铁(Fe)基中包含适量的铜(Cu)，具有高导热性及机械物性，同时还具有电磁波屏蔽性及软磁性等。另外，本发明作为所述铁-铜(Fe-Cu)合金的用途，目的在于提供一种包含所述铁-铜(Fe-Cu)合金的材料。
为了达成所述目的，本发明提供一种铁-铜合金，包含：
铁55～95原子％；及
铜5～45原子％。
另外，本发明提供一种铁-铜合金，包含
铁80.5～95原子％；及
铜5～19.5原子％；
具有如下(a)至(c)的物性，
(a)导热率70W/m·K以上
(b)拉伸强度300N/mm2以上
(c)硬度100HB以上。
根据示例性实施形态，本发明的铁-铜合金可以为球形颗粒状，具有0.1μm～150μm大小。
另外，本发明提供一种铁-铜合金的制备方法，包括：
第一工序，准备熔炉；
第二工序，向所述熔炉投入铁和铜并熔解而形成熔液，以便铁-铜合金中包含铁55～95原子％和铜5～45原子％；
第三工序，使所述熔液稳定化；及
第四工序，将所述稳定化的熔液投入铸模进行铸造。
根据一种实施形态，本发明的铁-铜合金的制备方法还包括：第五工序，将通过所述第四工序获得的铸件再溶解后，进行喷射而获得粉末状的铁-铜合金颗粒。
根据优选实施形态，所述第一工序包括：表面处理步骤，在熔炉的内面形成多孔性的杂质吸收层。此时，所述多孔性的杂质吸收层最好包含硅酸锆(Zirconium Silicate)。
根据本发明，提供一种可以替代原有铍-铜(Be-Cu)合金的新型铁类合金。本发明具有的效果是提供一种铁-铜合金，作为在铁(Fe)中熔融适量的铜(Cu)而成为合金的非晶体的完全合金，导热性及机械物性等优秀，并具有高生产率及经济性。另外，本发明具有的效果是提供一种铁-铜合金，具有高导热性以及电磁波屏蔽性及软磁性等，不仅作为模具材料，还可以广泛用于电子部件及机械部件等。
附图说明
图1是根据本发明实施例制备的Fe-Cu合金的B-H曲线。
图2是根据本发明实施例制备的Fe-Cu合金颗粒的各倍率的SEM照片。
图3是根据本发明实施例制备的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果。
图4是根据本发明实施例制备的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果。
图5是根据本发明实施例制备的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果。
图6是比较例的颗粒试片的SEM照片。
具体实施方式
本发明中使用的术语“及/或”用作包括前后罗列的构成要素中至少一种以上的意义。本发明中使用的术语“一种以上”，意味着一种或两种以上的复数。
本发明根据第一形态，作为以铁(Fe)为主成分的铁类合金，提供一种具有新的合金组成的铁-铜合金。本发明根据第二形态，提供一种所述铁-铜合金的制备方法。另外，本发明根据第三形态，作为所述铁-铜合金的用途，提供一种至少包含所述铁-铜合金的材料。所述材料例如可以从模具材料及3D打印机用材料等选择。
本发明的铁-铜合金包含铁(Fe)和铜(Cu)，且作为铁(Fe)含量高于铜(Cu)的铁类合金，按铁(Fe)和铜(Cu)全体基准，包含铁(Fe)55～95原子％(atomic％)和铜(Cu)5～45原子％。本发明中使用的含量单位“原子％”，是以铁(Fe)和铜(Cu)的全体原子(atomic)为基准(Fe和Cu之和)的，众所周知，这还可以表现为“体积％”。即，在本发明中，可以表现为原子％＝体积％。
根据优选实施形态，本发明的铁-铜合金不包含铁和铜之外的其他金属元素。另外，作为不可避免的杂质，本发明的铁-铜合金可以包括碳(C)或氧(O)等杂质，但这种杂质为极少量。杂质例如可以不可避免地包含0.1原子％(0.1体积％)以下或0.01原子％以下。
本发明的铁-铜合金在铁中包含适量的铜，铁的优点与铜的优点充分谐调，具有经改善的特性。本发明的铁-铜合金至少具有高导热性及机械物性等。具体而言，与原有铁合金相比，具有高导热性及弹性等。另外，与原有铜合金相比，具有高硬度及耐磨损性等。而且，以廉价的铁为基础(主成分)，具有高经济性，借助于铁和铜的适当组成(含量)，具有电磁波屏蔽性及软磁性等，可作为多样用途使用。例如，可以用作螺线管等精密部件、电磁波屏蔽材料及3D打印机用材料等。
下面说明本发明的铁-铜合金的制备方法，并一同说明本发明的铁-铜合金的实施形态。以下说明的制备方法，容易地体现本发明的铁-铜合金的制备。但是，本发明的铁-铜合金并非限定为根据以下说明的制备方法而制备。
本发明的铁-铜合金的制备方法(以下简称为“制备方法”)包括：准备熔炉的第一工序、在所述熔炉中投入铁和铜并熔解而形成熔液的第二工序、使所述熔液稳定化的第三工序，及将所述稳定化的熔液注入铸模进行铸造的第四工序。另外，作为选择性工序，本发明的制备方法可以还包括：第五工序，从通过所述第四工序获得的铸件获得粉末状的铁-铜合金颗粒。下面按各工序，说明实施形态。
[1]准备熔炉(第一工序)
如上所述，本发明的铁-铜合金包含铁55～95原子％和铜5～45原子％。在本发明中进行特定的所述合金组成并非理论性的熔融合金组成。即，铁的含量是超过理论上可以成为合金的量的比率。这种合金组成在通过烧结的母合金制备时虽然可以体现，但在通过熔解(熔液)的熔融方法中，难以成为非晶体的完全合金。一般而言，铁和铜在铁含量低于铜的情况下(例如，Fe含量不足2.5体积％)，可以实现熔融合金。但是，在本发明进行特定的所述合金组成的情况下，在熔液中出现Fe-rich相与Cu-rich相的二相分离，发生偏析(某一种金属偏重于一处)，难以实现均一分布的完全熔融合金。
本发明人反复进行旨在实现铁含量高且完全的熔融合金的大量研究，结果可知，在铜含量适当、杂质含量最小化的情况下及/或采用不同熔解过程的情况下，无偏析(偏重)地实现完全的熔融合金。根据本发明，根据一个实施形态，在改善熔炉及/或改善熔解过程中的原料投入方法的情况下，实现完全的熔融合金。
在本第一工序中，提供旨在解决如上所述课题的一种实施形态。根据本第一工序，准备用于形成铁和铜的熔液的熔炉，且所述熔炉使用可通过急剧升温而迅速熔解的高频感应热的熔炉。另外，所述熔炉最好使用以镁为主成分的陶瓷熔炉。所述陶瓷熔炉例如可以使用将以氧化镁为主成分的陶瓷通过高温、焙烧而制备者。
根据优选实施形态，所述熔炉在内面形成多孔性的杂质吸收层使用。具体而言，本第一工序准备高频感应热的陶瓷熔炉，且包括在所述陶瓷熔炉的内面形成多孔性的杂质吸收层的表面处理步骤。此时，所述杂质吸收层在熔炉的整个内面或一部分形成，具体而言，作为与熔液接触的面，可以至少在熔炉的内部底面及/或壁体内部面形成。
另外，所述杂质吸收层至少包含杂质吸收剂。具体而言，在所述表面处理步骤中，将包含杂质吸收剂、树脂及溶剂的吸收层组合物涂覆于熔炉的内面后进行焙烧，形成多孔性的杂质吸收层。根据本发明，借助于所述多孔性的杂质吸收层，吸收、去除铁-铜的熔液内包含的杂质(例如，C、O等)，即使在所述非-理论性合金组成下，也无偏析(偏重)地实现完全的合金。这种多孔性的杂质吸收层例如可以具有0.5mm～2mm的厚度，但并非限定于此。
只要是能够吸收、去除铁-铜的熔液内包含的杂质(例如，C、O等)者，则所述杂质吸收剂不特别限定。所述杂质吸收剂作为粉末状，其例如可以使用具有50～500μm大小者。所述杂质吸收剂可以从金属氧化物及/或金属选择，其优选地，最好包括在硅酸锆(ZirconiumSilicate)及铝(Al)中选择的至少一种以上。所述杂质吸收剂更优选地，最好全部使用硅酸锆和铝(Al)两者。此时，所述铝(Al)可以使用具有99.8重量％以上的高纯度者。作为所述杂质吸收剂，如上所述的硅酸锆和铝(Al)与其他金属氧化物或金属相比，可以完全有效地去除熔液内的杂质，因而在本发明中优选。所述硅酸锆和铝(Al)具体而言，可以完全去除熔液内的杂质，形成只包含铁和铜的高纯度的合金熔液。这也可以通过下述实施例确认。
另外，只要是具有粘合性的，则所述树脂不特别限制，最好是能够在使粉末状杂质吸收剂相互间凝聚的同时提供熔炉内面与杂质吸收层的初始粘着力者。而且，所述树脂借助于焙烧引起的高温的热而去除，对杂质吸收层赋予多孔性。所述树脂可以从合成树脂及/或天然树脂等选择。所述树脂可以为固态及/或液态，例如可以选择为从丙烯酸类、乙烯类、环氧类、聚氨酯类、硅树脂类、烯烃类、酯类及橡胶类等选择的一种以上的聚合物及/或他们的共聚物等。
优选地，所述树脂可以使用丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸烷基酯共聚物(Butadiene-Styrene-Alkyl Methacrylate copolymer)。所述丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸烷基酯共聚物具体例如可以从丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物及/或丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物等选择。在一个示例中，所述丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸烷基酯共聚物可以使用具有50nm～500nm颗粒大小者。如上所述，当选择丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸烷基酯共聚物作为树脂并使用具有纳米大小者时，可以通过焙烧而迅速去除，均匀分散于粉末状的杂质吸收剂之间。因此，不仅改善杂质吸收剂间的凝聚力，而且在杂质吸收层形成均质、微细的多孔结构，提高杂质的吸收去除率。
所述溶剂用于分散性和涂覆性，其可以从烃类选择。所述溶剂例如可以从醇类及/或酮类等选择。
另外，所述吸收层组合物在一个示例中，可以包含杂质吸收剂50～80重量％、树脂5～20重量％及溶剂15～40重量％。此时，在杂质吸收剂的含量不足50重量％的情况下，杂质的吸收去除率会微小，在超过80重量％的情况下，多孔性和涂覆性会下降。而且，在所述树脂的含量不足5重量％的情况下，多孔性和粘合性会下降，在超过20重量％的情况下，杂质吸收剂的含量相对降低，杂质的吸收去除率会微小。而且，考虑分散性和涂覆性，溶剂最好为所述范围。
如上所述，在通过本第一工序而在熔炉的内面形成多孔性的杂质吸收层的情况下，在熔解过程中，熔液内包含的杂质被吸收、去除，可以生成均相的完全的铁-铜合金，而且可以有效获得几乎不含杂质的高纯度的铁-铜合金。
[2]熔解(第二工序)
向所述熔炉投入铁和铜的合金原料。此时，铁可以使用高纯度的纯铁，所述铜可以使用高纯度的电解铜。熔炉可以借助于接通电源引起的高频感应热而升温。熔炉保持为铁和铜可以熔解的温度即可。例如，最好通过高频感应热，使熔炉迅速升温，保持为约1,520℃～1,650℃，使铁和铜熔解。在这种熔解过程中，可以进行搅拌。
另外，在本第二工序中，在所述熔炉投入铁和铜并熔解而形成熔液，使得按最终生成的铁-铜合金全体基准，包含铁55～95原子％(或体积％)和铜5～45原子％(或体积％)。具体而言，在熔炉中，使铁和铜的总投入量为铁55～95体积％和铜5～45体积％(即，铁：铜＝55～95：5～45体积比)，在此情况下，可以使得具有所述合金组成。此时，在铜的含量不足5原子％(5体积％)的情况下，例如导热性、耐腐蚀性及/或电磁波屏蔽性等会微小。而且，在铜的含量超过45原子％(45体积％)的情况下，铁的含量相对降低，例如硬度及/或耐磨损性等的机械强度会下降。
根据本发明优选实施形态，考虑到上述点，在本第二工序中，最好在所述熔炉投入铁和铜并熔解而形成熔液，使得按最终生成的铁-铜合金全体基准，包含铁80.5～95原子％和铜5～19.5原子％。即，优选在熔炉中，使铁和铜的总投入量为铁80.5～95体积％和铜5～19.5体积％(即，铁：铜＝80.5～95：5～19.5体积比)，在此情况下，使得具有所述合金组成。在具有这种优选的合金组成的情况下，具有优秀的导热性、机械物性、电磁波屏蔽性及/或软磁性等。
根据一种实施形态，在所述熔炉中投入铁和铜方面，初期按1：1的体积比投入铁和铜，在进行搅拌的同时使之迅速熔解，然后追加投入铁，可以使得具有所述合金组成。即，与使得通过一次投入而具有所述合金组成相比，在初期按1：1体积比投入铁和铜，然后追加投入铁，从而使得具有所述合金组成，这有利于均质的铁-铜的合金组成。而且，在追加投入铁时，更优选间歇性地一点点地投入。即，少量多次追加投入铁，有利于均质的合金组成。
另外，在本第二工序(熔解过程)中，可以象通常一样在熔炉中添加脱氧剂，一面脱氧(防止氧化)一面进行。而且，本第二工序(熔解过程)可以象通常一样还添加钎剂。此时，所述脱氧剂和钎剂可以使用通常使用者。所述脱氧剂例如可以使用99.8重量％以上的高纯度Al及/或高纯度Ti等，所述钎剂可以使用Al2O3、CaO及/或SiO2等。
[3]稳定化(第三工序)
使通过所述熔解而形成的熔液稳定化。稳定化可以利用切断熔炉的电源供应、将熔液在熔炉放置既定时间的方法进行。此时，稳定化可以通过将熔液温度例如保持在1,450℃～1,520℃放置的方法进行。借助于这种稳定化，可以实现铁和铜的均质化。
[4]铸造(第四工序)
将所述稳定化的熔液注入铸模，铸造成既定形态的合金铸件。本第四工序(铸造)按通常的工序进行。所述铸模不特别限制，其可以具有锭(ingot)及方便铸造的形状，或者根据情况，可以具有实际应用制品的形状。而且，所述铸模象通常一样，可以具有冷却功能。
另外，通过本第四工序而获得的铸件，可以通过通常的热处理及/或冷却等工序而进行后处理。所述铸件具体例如可以通过退火(Annealing)、正火(Normalizing)、淬火(Quenching)及/或回火(Tempering)等工序进行后处理。这种后处理可以根据应用用途及制品而适当地选择。例如，在要求机械强度(拉伸强度及硬度等)的制品的情况下，可以进行淬火及回火。而且，所述铸件通过再熔解及/或后加工而具有多样形状，可以加工成实际应用制品或半成品等。
[5]颗粒化(第五工序)
本第五工序作为选择性的工序，可以由此获得粉末状的铁-铜合金。根据本第五工序，将通过所述第四工序(铸造)获得的铸件再熔解后，进行喷射而获得粉末状的铁-铜合金颗粒。具体而言，本第五工序可以包括将所述铸件再熔解的再熔解步骤、将所述再熔解的熔解物喷射而获得粉末状的铁-铜合金颗粒的颗粒化步骤。
此时，在所述再熔解步骤中，可以使用与第一工序相同的熔炉。另外，在本第五工序的再熔解步骤中，为了防止铁-铜合金的氧化，最好在真空的熔炉中再熔解。即，熔炉可以使用真空炉。在这种真空炉中，可以将所述铸件在1,600℃～1,700℃下再熔解。所述颗粒化步骤可以将再熔解的熔解物在1,400℃～1,500℃下喷射而颗粒化成粉末状。此时，颗粒化的粉末例如可以具有0.1μm～150μm大小。如此获得的粉末状的铁-铜合金颗粒优选地可以具有球形颗粒状。
根据以上说明的本发明的制备方法，即使是包含铁55～95原子％和铜5～45原子％的非-理论性合金组成，也可以无偏析(偏重)地实现完全的合金。另外，根据本发明制备的铁-铜合金，铁的优点与铜的优点充分谐调，如前所述，具有高导热性及机械物性(拉伸强度、硬度及耐磨损性等)，同时具有电磁波屏蔽性及软磁性等，可用作多样用途。
根据优选实施形态，本发明的铁-铜合金包含铁80.5～95原子％(或体积％)及铜5～19.5原子％(或体积％)。更具体而言，可以包含铁82.5～90.5原子％及铜9.5～17.5原子％。在具有这种合金组成的情况下，导热性、机械物性、电磁波屏蔽性及/或软磁性等特性有效改善。
另外，本发明的铁-铜合金最好具有下述(a)至(c)的物性。当具有下述(a)至(c)的物性时，不仅是注塑成型及压铸用等的模具材料，还可以作为3D打印机用材料等而广泛使用。
(a)导热率70W/m·K以上
(b)拉伸强度300N/mm2以上
(c)硬度100HB以上
所述导热率、拉伸强度及硬度按照通常的测量方法执行。导热率例如可以是按照ASTM E1461(Laser flash：Thru-plane)而在常温(20℃～25℃)下测量的值。而且，拉伸强度可以按KS B 0801测量，硬度可以按KS B 0805测量。
所述导热率具体例如可以具有70～150W/m·K。另外，所述拉伸强度具体例如可以具有300～1,350N/mm2。而且，所述硬度作为布氏硬度(Brinell Hardness)，其具体例如可以具有100HB～400HB。这些各物性可以根据应用用途而优化。例如，就拉伸强度及硬度而言，可通过如前所述的后处理(正火、淬火及回火等)而增加，借助于这种后处理，拉伸强度可以具有500N/mm2以上，硬度可以具有200HB以上。
根据示例性实施形态，本发明的铁-铜合金可以在所述(a)至(c)物性的同时具有(d)45～650mm的导磁率(magnetic permeability)。所述导磁率按磁性体(金属等)的通常测量方法测量，其为在50Hz低频率下测量的值。
另外，优选本发明的铁-铜合金具有球形颗粒状。球形颗粒状可以通过所述第五工序而体现。此时，本发明的铁-铜合金可以具有球形颗粒状，例如可以具有0.1μm～150μm大小。如上所述，在为球形颗粒状的情况下，可以有用地用作3D打印机用材料。在本发明中，“球形”并非意味着仅仅完全的球形，不仅是完全的球形(spherical)，其还包括准-球形(quasi-spherical)。
在本发明中，“球形的颗粒”意味着铁-铜合金即使在非-理论性合金组成中，铁和铜在合金内无偏析(偏重)地均匀分布，实现完全的熔融合金。从这点而言，“球形的颗粒”具有技术的意义。即，在未实现完全的熔融合金的情况下，难以通过喷射而具有球形颗粒状。而且，在本发明中，“球形的颗粒”具有的技术意义在于，能够通过再熔解而加工均一组成的铁-铜合金成型件。
另一方面，本发明的铁-铜合金可以用作多样领域及用途，应用领域及用途不特别限制。本发明的铁-铜合金如前所述，不仅作为模具材料，而且可以用作电子部件、精密机械部件、高温机械部件及3D打印机用材料等。另外，本发明的铁-铜合金不仅可以应用于弹性材料、屏蔽材料、抗菌材料、传感器材料及手术用医疗工具等，还可以广泛应用于能源领域或涂料领域等。
下面列举本发明的实施例及比较例。下述实施例只是为了帮助本发明的理解而示例性提供的，并非由此限定本发明的技术范围。另外，下述比较例并非意味着以往技术，其是单纯为了与实施例比较而提供。
[实施例1]
<熔炉>
作为高频感应热熔炉，准备了以镁为主成分的陶瓷熔炉。然后，在准备的熔炉的内部壁面和底面形成多孔性的杂质吸收层。所述多孔性的杂质吸收层是将按组合物全体重量基准混合了杂质吸收剂65重量％、树脂15重量％及溶剂30重量％的吸收层组合物涂覆成约1mm厚度后，在约1,150℃温度下加热、焙烧而形成。此时，作为所述杂质吸收剂，使用了硅酸锆(ZrSiO4)和Al粉末，作为所述树脂，使用了丁二烯-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，作为所述溶剂，使用了异丙醇。
<熔液/稳定化/铸造>
在所述熔炉中，初期按1：1体积比投入铁(纯度约99.9重量％的纯铁)和铜(纯度约99.9重量％的电解铜)，在进行搅拌的同时提高功率使之迅速熔解。此时，在熔解过程中，间歇性地添加脱氧剂(Al)，一面脱氧一面进行。另外，通过目视观察，确认投入的铁和铜完全熔解后，为了提高铁的含量，一点点地向熔炉追加投入铁，在熔液温度约1,550℃下完全熔解。然后，切断熔炉的电源，放置至熔液温度达到约1,500℃使之稳定化。然后，将稳定化的熔液注入铸模后冷却，获得了Fe-Cu合金锭(ingot)。
[实施例2及实施例3]
与所述实施例1相比，除为了使最终合金组成(Fe和Cu的原子％)不同而在熔解过程中铁的追加投入量不同之外，与实施例1相同地实施，获得了各实施例的Fe-Cu合金锭(ingot)。
[比较例1]
在熔炉的内面形成多孔性的杂质吸收层方面，除杂质吸收剂种类不同之外，与实施例1相同地实施。具体而言，作为杂质吸收剂，使用氧化锆(ZrO2)取代硅酸锆(ZrSiO4)和Al，除此之外，与实施例1相同地实施。
[比较例2]
与所述实施例1比较，在向熔炉投入铁和铜方面，按9：1体积比一次投入，另外，在熔炉的内面不形成多孔性的杂质吸收层，熔解制备后，用作本比较例2的试片。
针对如上所述获得的Fe-Cu合金试片，如下所示分析成分，将其结果显示于下[表1]中。另外，针对各合金试片，评价导热率、拉伸强度、硬度及导磁率(magneticpermeability)，将其结果一同显示于下[表1]。导热率利用金属试料的导热系数测量方法，测量各合金试片的密度、比热及热扩散系数后，按ASTM E1461(Laser flash：Thru-plane)进行评价。此时，所有试验在25℃温度下进行。另外，拉伸强度按KS B 0801进行评价，硬度按KS B0805，以布氏硬度(Brinell Hardness)进行评价。而且，导磁率利用导磁率测量仪(日本利洋电子有限公司制品，型号名BHU-60)，在频率50Hz下进行评价。
<成分分析>
将测量了重量的合金试片放入玻璃(glass)材质的烧杯，加入王水(盐酸+硫酸水溶液)10mL进行溶解。而且，通过如下测量条件的高频电感耦合等离子体发光分光分析(ICP-AES)，对Fe和Cu进行定量，换算成试料中的浓度进行分析。
*ICP-AES的测量条件
-测量装置：PerkinElmer Optima 5300DV
-测量波长：238.204nm(Fe)、327.393nm(Cu)
-定量方法：内部标准法
[表1]<Fe-Cu合金的成分分析及物性评价结果>
如所述[表1]所示可知，实施例的Fe-Cu合金与比较例相比，具有70W/m·K以上的高导热率。另外可知，实施例的Fe-Cu合金具有320N/mm2以上的拉伸强度及140HB以上的硬度。此时，320N/mm2以上的高拉伸强度意味着Fe和Cu无偏析(偏重)地具有均一的分布并实现完全的合金。而且可知，呈现约600mm水平的导磁率，这意味着具有电磁波屏蔽能力。附图图1显示了实施例1的合金的B-H曲线(磁化曲线；magnetization curve)，这意味着具有软磁性。
与此相反，可知比较例未实现完全的合金，发生了偏析。另外，在测量拉伸强度时，由于偏析而发生裂隙，拉伸强度无法测量。而且，比较例由于偏析，成分不均匀，因而无法准确评价，未显示于[表1]中。硬度和导磁率也因如上所述理由而未显示。
下[表2]作为后处理的物性评价结果，针对与所述实施例2相同的合金试片，显示出处理前和处理后的结果。后处理根据通常的方法，进行退火(Annealing)、正火(Normalizing)、淬火(Quenching)及回火(Tempering)。
[表2]<Fe-Cu合金后处理后的物性变化结果>
如上[表2]所示可知，Fe-Cu合金因后处理而物性发生变化。例如，在温度1,050℃下进行淬火(及回火)时，拉伸强度1,300N/mm2以上，硬度370HB以上，可知机械强度比处理前提高。如上所述，象一般纯单一金属(纯铁等)一样，机械强度因热处理而提高，由此来看，这意味着实现了完全的合金。
[实施例4～6]
与所述实施例1相比，除为了使最终合金组成(Fe和Cu的原子％)不同而在熔解过程中铁的追加投入量不同之外，按与实施例1相同的方法实施，获得了各实施例(4～6)的Fe-Cu合金锭(ingot)。另外，在本实施例中，使通过铸造而获得的Fe-Cu合金锭如下所示进行颗粒化，制备了粉末状的Fe-Cu合金颗粒。
首先，将通过铸造而获得的各实施例(4～6)的Fe-Cu合金锭放入高频感应热的熔炉，施加最大功率，在约1,650℃温度下使之再熔解。此时，熔炉为了防止氧化而保持真空。然后，利用喷射器，使所述再熔解的熔解物喷射而实现颗粒化。此时，喷射腔室为了防止氧化而保持氩(Ar)气氛围，在1,450℃温度下喷射所述熔解物而制备。
附图图2至图5显示了对根据所述各实施例(4～6)而制备的粉末状Fe-Cu合金颗粒的SEM照片和EDS分析结果。图2显示了实施例4的Fe-Cu合金颗粒各倍率的SEM照片，图3显示了实施例4的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果。而且，图4显示了实施例5的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果，图5显示了实施例6的Fe-Cu合金颗粒的EDS分析结果。
如图2至图5所示可知，根据各实施例(4～6)而制备的Fe-Cu合金颗粒作为30μm以下的微粒，具有几乎完全的球形形态。另外，在图3的下端显示的3个照片显示了Fe和Cu的分布(Fe：红色，Cu：绿色)，可知Fe和Cu无偏析(偏重)地均一分布。此时，在图3的下端显示的3个照片中，中央的照片显示了Fe的分布(红色)，最右侧照片显示了Cu的分布(绿色)，最左侧照片显示了Fe和Cu的分布。如上所述，Fe-Cu合金颗粒具有完全的球形形态并显示出均一分布，这意味着Fe和Cu实现完全的合金。
另一方面，附图图6是利用比较例2的锭进行喷射的颗粒试片的SEM照片。如图6所示，在比较例2的情况下，因偏析而导致颗粒形状具有不均一的碎片形态。这意味着未实现完全的合金。

Claims (12)

1.一种铁-铜合金的制备方法，其特征在于，包括：
第一工序，准备熔炉；
第二工序，向所述熔炉投入铁和铜并熔解而形成熔液，以便铁-铜合金包含铁55～95原子％和铜5～45原子％；
第三工序，使所述熔液稳定化；及
第四工序，将所述稳定化的熔液投入铸模进行铸造。
2.根据权利要求1所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，还包括：
第五工序，将通过所述第四工序获得的铸件再溶解后，进行喷射而获得铁-铜合金颗粒。
3.根据权利要求1所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，
所述第二工序是将熔炉的温度保持在1,520℃～1,650℃，熔解铁和铜，
所述第三工序是将熔炉的温度保持在1,450℃～1,520℃而实现稳定化。
4.根据权利要求2所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，
所述第五工序包括：
再熔解步骤，将通过所述第四工序获得的铸件在真空的熔炉中，以1,600℃～1,700℃再熔解；及
颗粒化步骤，将所述再熔解的熔解物在1,400℃～1,500℃下喷射，获得具有0.1μm～150μm大小的铁-铜合金颗粒。
5.根据权利要求1所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，
所述第一工序包括：表面处理步骤，在熔炉的内面形成多孔性的杂质吸收层。
6.根据权利要求5所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，
所述表面处理步骤是将包括杂质吸收剂、树脂及溶剂的吸收层组合物涂覆于熔炉的内面后，进行焙烧而形成多孔性的杂质吸收层。
7.根据权利要求6所述的铁-铜合金的制备方法，其特征在于，
所述杂质吸收剂包括在硅酸锆及铝(Al)中选择的一种以上。
8.一种铁-铜合金，其特征在于，
包含铁55～95原子％；及
铜5～45原子％。
9.一种铁-铜合金，其特征在于，
包含铁55～95原子％；及
铜5～45原子％；
在内面形成有多孔性的杂质吸收层的熔炉中，使铁和铜熔解而进行熔融合金。
10.根据权利要求9所述的铁-铜合金，其特征在于，
所述多孔性的杂质吸收层包括在硅酸锆及铝(Al)中选择的一种以上。
11.根据权利要求8所述的铁-铜合金，其特征在于，
所述铁-铜合金包含铁80.5～95原子％；及
铜5～19.5原子％；
具有如下(a)至(c)的物性，
(a)导热率70W/m·K以上
(b)拉伸强度300N/mm2以上
(c)硬度100HB以上。
12.根据权利要求8至11中任意一项所述的铁-铜合金，其特征在于，
所述铁-铜合金为球形颗粒状，具有0.1μm～150μm大小。
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