CN110699571B - 一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括熔炼：配料按百分含量计称取CuFe母合金和电解铜板，用中频感应炉熔炼，得到均匀的合金溶液；铸造：采用石墨内衬铜结晶器对上述合金溶液进行冷却结晶，得到矩形的合金铸锭；热轧：对上述合金铸锭进行加热，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；铣面：将上述热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削；冷轧和退火：对上述带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，得到半成品带材；热处理和清洗：对上述半成品带材进行热处理，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材；本发明制备的铜铁合金材料组织均匀，Fe相程细小纤维状，具有较高的导电性和导磁性。

Description

一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法。
背景技术
随着现代电子信息的快速发展，越来越多的电子、电气设备被投入使用，与此同时，这些电子设备所产生的不同频率和能量的电磁波正以一种新的污染源充斥着人们的生活，与目前的水污染、噪音污染、大气污染并称为四大污染。电磁辐射污染由分布在空间的电磁波所致，电磁波引起的电磁辐射危害只要包括对人体健康的负面影响、对自然环境的影响以及对电子设备的干扰三大方面。
目前关于金属类电磁屏蔽材料通常分为两类：①良导体类屏蔽材料，这种材料由于具有较高的电导率常用于静电场以及高低频电磁场的屏蔽，如铜、铝、镍等；②铁磁类屏蔽材料，这种材料由于具有较高的磁导率常用于低频(f＜100KHz)磁场的屏蔽，如铁、硅钢和皮坡莫合金等。因此，电磁屏蔽防护手段在现代生活中起到非常重要的作用，成为今后研究的重点课题之一。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种组织均匀、具有较高的导电性和导磁性的铜铁合金材料的制备方法。
本发明的技术方案为：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5％-10％，原料中Cu元素的百分含量为90％-95％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度50-100mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为890℃-930℃，保温3-4h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.5mm-1mm；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在600℃-700℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在450℃-550℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材。
进一步地，步骤3)的具体操作为：首先将两辊可逆轧机预热至温度为750℃-850℃，然后将合金铸锭经过4-8道次热轧至合金铸锭的厚度为70-95mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出。
进一步地，步骤4)中，上铣削进速度为30-60mm/min，下铣削进速度为50-90mm/min。
进一步地，步骤5)中，退火处理时，向钟罩炉内加入氮气和甲醇，氮气的流量为2m3/h-4m3/h，甲醇的流量为0.08L/h-0.15L/h，升温时间为15min-45min，升温温度为620℃-670℃，保温处理0.5h-2.0h，控制钟罩炉的炉内压强为180Pa-320Pa；提高带材的导磁性能，放置带材在热处理过程中被氧化。
进一步地，步骤6中)，热处理的具体操作为：第一阶段将半成品带材置于热处理炉中，在温度为450℃-500℃的条件下，保温处理1.2h-2h；第二阶段将将半成品带材置于在温度为500℃-700℃的条件下，保温2h-4h，然后降温至温度450℃-550℃，保温处理2.5h-4h；提高半成品带材抗拉伸强度、抗弯曲强度等物理性能。
进一步地，步骤6)完成后，采用抛光装置对成品合金带材进行抛光处理，并采用磁粉探伤和超声波探伤进行处理，检查成品合金带材是否存在裂，确保成品合金带材表面和内部均无缺陷。
进一步地，步骤6)中，半成品带材先用无水酒精浸泡后再用纯水超声清洗，最后用高纯氮气吹干；通过对半成品带材表面进行清洗，避免半成品带材表面附着的杂质影响合金材料的电磁屏蔽性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明制备的铜铁合金材料组织均匀，Fe相程细小纤维状，平行于轧制方向分布，具有较高的导电性和导磁性，是一种自身具有电磁屏蔽性能的合金材料；本发明通过热处理和退火处理，改变合金材料的微观结构，增大材料的晶化体积分数，改变材料滞回线的形状，提高了材料的感生各向异性，使得合金材料中原子扩散较显著，金相分布均匀。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是采用本发明实施例3制备的铜铁合金材料在显微镜下放大50倍的形貌图；
图3是采用本发明实施例4制备的铜铁合金材料在显微镜下放大100倍的形貌图。
图4是采用本发明实施例4制备的铜铁合金材料制作的方锭的结构示意图；
图5是采用本发明实施例4制备的铜铁合金材料制作的圆锭的结构示意图；
图6是采用本发明实施例1制备的铜铁合金材料制作的带材的结构示意图；
图7是采用本发明实施例2制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.2mm铜铁合金散热板的结构示意图；
图8是采用本发明实施例3制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.2mm CPUCover的结构示意图；
图9是采用本发明实施例5制备的铜铁合金材料制作的屏蔽室的结构示意图；
图10是采用本发明实施例6制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.3mm空调管的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5％，原料中Cu元素的百分含量为95％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度50mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为890℃，保温3h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为750℃，然后将合金铸锭经过4道次热轧至合金铸锭的厚度为70mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.5mm；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在600℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在450℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材。
采用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的带材的结构示意图如图6所示。
实施例2：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为8％，原料中Cu元素的百分含量为92％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度80mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为915℃，保温3.5h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为800℃，然后将合金铸锭经过6道次热轧至合金铸锭的厚度为82mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.8mm；上铣削进速度为46mm/min，下铣削进速度为77mm/min；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在660℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在500℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材。
采用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.2mm铜铁合金散热板的结构示意图如图7所示。
实施例3：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为10％，原料中Cu元素的百分含量为90％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度100mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为930℃，保温4h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为850℃，然后将合金铸锭经过8道次热轧至合金铸锭的厚度为95mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为1mm；上铣削进速度为60mm/min，下铣削进速度为90mm/min；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在700℃，得到半成品带材；退火处理时，向钟罩炉内加入氮气和甲醇，氮气的流量为2m3/h-4m3/h，甲醇的流量为0.08L/h-0.15L/h，升温时间为15min-45min，升温温度为620℃-670℃，保温处理0.5h-2.0h，控制钟罩炉的炉内压强为180Pa-320Pa；提高带材的导磁性能，放置带材在热处理过程中被氧化；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在550℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材。
采用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料在显微镜下放大50倍的形貌图如图2所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.2mm CPU Cover的结构示意图如图8所示。
实施例4：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5％，原料中Cu元素的百分含量为95％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度50mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为890℃，保温3h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为750℃，然后将合金铸锭经过4道次热轧至合金铸锭的厚度为70mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.5mm；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在600℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在450℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材；热处理的具体操作为：第一阶段将半成品带材置于热处理炉中，在温度为450℃的条件下，保温处理1.2h；第二阶段将将半成品带材置于在温度为500℃的条件下，保温2h，然后降温至温度为5450℃，保温处理2.5h；提高半成品带材抗拉伸强度、抗弯曲强度等物理性能。
采用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料在显微镜下放大100倍的形貌如图3所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的方锭的结构示意图如图4所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的圆锭的结构示意图如图5所示。
实施例5：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为8％，原料中Cu元素的百分含量为92％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度80mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为915℃，保温3.5h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为800℃，然后将合金铸锭经过6道次热轧至合金铸锭的厚度为82mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.8mm；上铣削进速度为46mm/min，下铣削进速度为77mm/min；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在660℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在500℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材；采用抛光装置对成品合金带材进行抛光处理，并采用磁粉探伤和超声波探伤进行处理，检查成品合金带材是否存在裂纹，确保成品合金带材表面和内部均无缺陷。
采用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的屏蔽室的结构示意图如图9所示。
实施例6：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为8％，原料中Cu元素的百分含量为92％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度77mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为915℃，保温3.5h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；首先将两辊可逆轧机预热至温度为800℃，然后将合金铸锭经过4-8道次热轧至合金铸锭的厚度为83mm；此工艺下合金可达到合金成分均匀化的目的，减少热轧后金属粒子的析出；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.8mm；上铣削进速度为48mm/min，下铣削进速度为77mm/min；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在650℃，得到半成品带材；退火处理时，向钟罩炉内加入氮气和甲醇，氮气的流量为3m3/h，甲醇的流量为0.12L/h，升温时间为32min，升温温度为650℃，保温处理1.5h，控制钟罩炉的炉内压强为260Pa；提高带材的导磁性能，防止带材在热处理过程中被氧化；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在510℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材；热处理的具体操作为：第一阶段将半成品带材置于热处理炉中，在温度为470℃的条件下，保温处理1.7h；第二阶段将将半成品带材置于在温度为610℃的条件下，保温3h，然后降温至温度为510℃，保温处理3.5h；提高半成品带材抗拉伸强度、抗弯曲强度等物理性能，采用抛光装置对成品合金带材进行抛光处理，并采用磁粉探伤和超声波探伤进行处理，检查成品合金带材是否存在裂纹，确保成品合金带材表面和内部均无缺陷，表面清洗时，半成品带材先用无水酒精浸泡后再用纯水超声清洗，最后用高纯氮气吹干；通过对半成品带材表面进行清洗，避免半成品带材表面附着的杂质影响合金材料的电磁屏蔽性能。
用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
本实施例制备的铜铁合金材料制作的CFA95(t)0.3mm空调管的结构示意图如图10所示。
实施例7：一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为10％，原料中Cu元素的百分含量为90％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度100mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为930℃，保温4h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为1mm；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在700℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在450℃-550℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材。
用屏蔽室法对所制备的铜铁合金材料进行检测，检测结果如表1所示。
表1：屏蔽性能指标检查表
合金序号 频率/MHz 屏蔽效能/dB
实施例1 14KHz 49.6
实施例2 200KHz 75.7
实施例3 450KHz 140.6
实施例4 950KHz 131.4
实施例5 3KHz 113.0
实施例6 6KHz 110.5
实施例7 10KHz 104.0
表1
铜铁合金的电磁屏蔽性：
铜铁合金经过大的塑性变形之后，铜基体内的Fe相呈“针状”组织(“纤维状”)，针状形态Fe相形成的磁场与避雷针的作用相同，可以吸收周边磁场，电厂的磁场和磁场的磁场具有反向性，引起磁滞现象并相互抵消，从而获得完美的屏蔽效果。
铜铁合金的应用实例：
铜铁合金带：(规格：(t)0.01mm-(t)0.3mm)
1、5G通讯时代，需求具有电磁屏蔽及导电散热板的板材，做无线充电、柔性电路板(10μm)；
2、显示器厂家需求1000mm*1000mm*0.1mmCFA95板带，用于显示器背板材料；
3、大型屏蔽室用材；
4、冷凝管，采用CFA95(t)0.3mm板带焊接成板材用于冷凝管等。

Claims (1)

1.一种具有电磁屏蔽性能的铜铁合金材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)熔炼：配料按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5％-10％，原料中Cu元素的百分含量为90％-95％；用中频感应炉熔炼，过程中进行除气、脱氧工序并配合电磁搅拌，得到均匀的合金溶液；其中，Fe元素以CuFe母合金的形式加入，Cu元素采用电解铜板；
2)铸造：采用石墨内衬铜结晶器对1)中所得合金溶液进行冷却结晶，铸造速度50-100mm/min，得到矩形的合金铸锭；
3)热轧：采用煤气炉对步骤2)所得合金铸锭进行加热，加热温度为890℃-930℃，保温3-4h后，在两辊可逆轧机上分道次进行热轧；
4)铣面：将步骤3)热轧开坯的板料在双面铣设备上进行上、下铣削，铣削厚度为0.5mm-1mm；
5)冷轧和退火：对步骤4)所得带材进行冷轧，冷轧过程中进行退火处理，采用钟罩炉进行退火，退火温度控制在600℃-700℃，得到半成品带材；
6)热处理和清洗：将步骤5)所得半成品带材进行热处理，热处理温度控制在450℃-550℃，热处理后进行表面清洗，得到成品合金带材；
所述步骤3)的具体操作为：首先将两辊可逆轧机预热至温度为750℃-850℃，然后将所述合金铸锭经过4-8道次热轧至合金铸锭的厚度为70-95mm；
所述步骤4)中，上铣削进速度为30-60mm/min，下铣削进速度为50-90mm/min；
所述步骤5)中，退火处理时，向所述钟罩炉内加入氮气和甲醇，所述氮气的流量为2m3/h-4m3/h，所述甲醇的流量为0.08L/h-0.15L/h，升温时间为15min-45min，升温温度为620℃-670℃，保温处理0.5h-2.0h，控制所述钟罩炉的炉内压强为180Pa-320Pa；
步骤6中)，所述热处理的具体操作为：第一阶段将所述半成品带材置于热处理炉中，在温度为450℃-500℃的条件下，保温处理1.2h-2h；第二阶段将所述半成品带材置于在温度为500℃-700℃的条件下，保温2h-4h，然后降温至温度为450℃-550℃，保温处理2.5h-4h；
所述步骤6)完成后，采用抛光装置对所述成品合金带材进行抛光处理，并采用磁粉探伤和超声波探伤进行处理，检查成品合金带材是否存在裂纹，确保成品合金带材表面和内部均无缺陷。
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