CN111424188A - 一种高导电高强铜铁合金及其制备方法 - Google Patents

一种高导电高强铜铁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导电高强铜铁合金及其制备方法，按Fe含量为5‑25wt.％，余量为Cu及不可避免的杂质，将合金原料采用雾化法制备成合金粉末；将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；将烧结坯进行冷加工变形处理，得到变形态Cu‑Fe材料；将变形态Cu‑Fe材料进行时效处理，变形‑时效处理多次得到高导电高强铜铁合金。采用本发明方法制备高导电高强铜铁合金能解决高强高导电铜铁合金中Fe析出相分布不均匀的问题，可实现铜基体内Fe析出相的亚微米级乃至纳米级的均匀分布，保持合金高导电率的前提下最大限度提高合金强度，合金的断裂延伸率以及导电性能也有所改善。

Description

一种高导电高强铜铁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铜铁合金领域，尤其涉及一种高导电高强铜铁合金的制备方法。
背景技术
传统的高强高导电铜铁合金通常采用铸造后单次冷变形(轧制，拉拔或锻造等)和单次长时间高温热处理等方法制备得到。由于铸造过程以及长时间高温热处理过程中均存在Fe析出相尺寸大、分布不均匀等问题，导致制备得到的铜铁合金力学性能难以实现最优，仍然存在力学性能不足的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高导电高强铜铁合金及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高导电高强铜铁合金的制备方法，包括下述的步骤：
(1)按Fe含量为5-25wt.％，余量为Cu及不可避免的杂质，将合金原料采用雾化法制备成合金粉末；
(2)将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；
(3)将烧结坯进行冷加工变形处理，得到变形态Cu-Fe材料；
(4)将变形态Cu-Fe材料进行时效处理；依次重复进行步骤(3)和(4)，变形-时效处理多次得到高导电高强铜铁合金；所述冷加工变形处理单次变形量为0-30％，总变形量为0-90％；所述时效处理的温度为200-400℃，时间为0.5-1.5h。
进一步的，步骤(1)所述雾化法为气雾化法或水雾化法，所述气雾化法采用氮气或者氩气雾化，气体流量为0.02-0.24m3/s，气体压力为0.5-0.9MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃；所述水雾化法，水流量为110-380kg/min，水压为5.5-20MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃。
进一步的，步骤(1)中所述合金粉末的粒度为10-100μm。
进一步的，步骤(2)所述烧结处理包括：首先将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，将粉末压坯在900-1300℃条件下进行烧结，时间为0.5-2h，或者在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，烧结温度为800-950℃，保压时间为10-45min。
进一步的，所述还原气氛是指氢气、分解氨或一氧化碳中的一种以上气氛。
进一步的，步骤(3)所述冷加工变形处理包括冷轧、拉拔或冷锻，在室温下进行。
进一步的，步骤(3)所述单次变形量为20-30％，总变形量为60-90％。
进一步的，步骤(4)所述时效处理的温度为250-350℃，时间为0.5-1h。
进一步的，依次重复进行步骤(3)和(4)，变形-时效处理总次数达三次以上。
本发明提供的一种高导电高强铜铁合金，由所述的制备方法制备得到，该合金导电率为50-70％IACS，抗拉强度为620-1060Mpa，在120℃×1000h条件下的应力松弛率80-86％。
在冷加工变形处理过程中，材料的变形跟加载方向、晶体取向因子、施密特因子等息息相关，换言之，在对材料进行冷加工变形的过程中，往往部分属于软取向的区域，会发生优先变形，而其他硬取向的位置则很难产生滑移，这就导致了变形之后样品在应力分布上的不均匀性。随后在进行单次长时间的时效之后，应力较大的区域更容易发生Fe相的形核长大，最终导致制备的Cu-Fe合金中Fe析出相的分布不均匀，而且长时间的时效往往导致Fe相的粗大。此外，对于Cu-Fe合金这种不混溶体系，尤其是对于高Fe含量的Cu-Fe合金，在单次大变形下容易在基体相和Fe相界面上造成严重的应力集中，从而引发界面裂纹和缝隙的形成。这些界面缺陷后期很难通过普通的退火工艺消除，进一步减弱了材料的力学性能和导电性能。
本发明设计的多次小变形量的冷加工(轧制、室温拉拔、冷锻等)变形与短时低温时效处理循环的方案则可以最大程度上地克服以上不足，首先引入的单次小变形会在材料的部分区域(软取向)产生滑移带，而后续短时间的时效处理可以沿着这些滑移带形成Fe析出相；这些Fe析出相的存在会大幅增加该区域下一次变形的变形抗力，从而在下一次变形中，会推动上一次变形中尚未形成滑移带的区域的滑移开动，后续短时间的时效处理可以在这些新开动的滑移带附近形成Fe析出相；时效的短时低温特性也保证了Fe析出相不会发生粗化行为；此外，单次小变形也避免了界面裂纹和缝隙的萌生；经过多个小变形和短时低温时效的循环，便可实现材料内部应力的均匀分布，Fe析出相的弥散分布，最终可同步提升合金的强度和导电率。随Fe含量的增加，合金起主要增强效果的Fe析出相含量增加，使合金的拉伸强度得到明显增加。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明方法制备高导电高强铜铁合金能解决高强高导电铜铁合金中Fe析出相分布不均匀的问题，可实现铜基体内Fe析出相的亚微米级乃至纳米级的均匀分布，保持合金高导电率的前提下最大限度提高合金强度。与传统铸造-单次冷变形-单次热处理工艺、粉末冶金-单次冷变形-单次热处理工艺以及传统铸造-多次冷变形热处理循环工艺相比，本发明的铜铁合金在抗拉强度上有明显提升，提升量高达50％，合金的断裂延伸率以及导电性能也有所改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统方法与本发明方法制备铜铁合金的工艺流程图；
图2是实施例3的Cu-Fe合金微观组织图；
图3是对比例7铸造态微观组织图；
图4是对比例7的Cu-Fe合金铸造态微观组织图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在一个具体实施方式中，如图1，本发明的高导电高强铜铁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)首先采用雾化法制备合金粉末；(2)将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行小变形量的单次冷加工(冷轧/拉拔/冷锻)变形处理，得到变形态Cu-Fe材料；(4)对变形态Cu-Fe材料进行短时间的低温时效处理；(5)重复步骤(3)和(4)，变形-时效处理总次数达两次以上，优选三次以上，便可实现强度与导电性能的同步提高，得到高导电高强铜铁合金。
优选的，步骤(1)所述雾化法为气雾化法或水雾化法。气雾化法采用氮气、或者氩气雾化，气体流量为0.02-0.24m3/s，气体压力为0.5-0.9MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃。也可以采取水雾化的方式，水流量为110-380kg/min，水压为5.5-20MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃。本发明的制备方法采用雾化法制备合金粉末，由于合金液滴冷却速度快，得到的合金粉末中铜基体内Fe为过饱和固溶状态以亚微米级呈均匀弥散分布，可避免传统铸造过程中Fe的宏观偏析带来的合金难加工及由于Fe相粗大而导致的合金力学性能低等问题。
优选的，所述步骤(1)中合金粉末的粒度为10-100μm。将粒度控制在本发明的范围可以提高粉末的烧结性能，这是因为，粒度太小时，粉末氧含量高，会恶化烧结制品的塑性加工性能，粒度太大时，粉末烧结性能差。
优选的，所述步骤(2)中烧结处理的具体操作步骤包括：首先将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，将粉末压坯在900-1300℃条件下进行烧结，时间为0.5-2h。也可以在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，烧结温度为800-950℃，保压时间为10-45min。烧结过程的压制压力及烧结温度需控制在合适的范围内，压制压力过低，将导致粉末坯料致密度低，烧结后容易引起制品变形，压制压力过高，会使压坯内应力增加，容易发生翘曲、裂纹等烧结缺陷；烧结温度过低时，粉末坯体难以全致密化，致使烧结坯内含有气孔等缺陷，在后续冷加工过程中容易出现断裂；而烧结温度过高，烧结体将容易变形，且成本偏高。
所述还原气氛是指氢气、分解氨(氨分解成的氢氮混合气体)、和/或一氧化碳气氛。采用还原气氛烧结，粉末颗粒表面的氧可以再升温过程中得到还原，降低制品的氧含量，有利于最终制品的加工性能和导电性。
优选的，所述步骤(3)冷加工变形处理在室温(15～30℃)下进行，过程中材料单次变形量为0-30％，更优选20-30％，总变形量为0-90％，更优选60-90％。单次变形量的具体参考值为0-30％，具体可因材料和预循环次数而定。变形可以产生大量的位错等缺陷，从而为后续Fe析出相的析出或低温析出提供动力。
优选的，所述步骤(4)时效处理的温度为200-400℃，更优选250-350℃，时间为0.5-1.5h，更优选0.5-1h。经时效处理后，合金基体内的过饱和固溶元素Fe可以从基体内析出，而在时效前因小变形导致的滑移带位置存在明显的原子疏松等特点，是原子扩散的快速通道，因而沿着上一道变形工艺中出现的滑移带会形成大量Fe析出相。
所述步骤(5)，是进行多次小变形+低温短时时效的循环。经过单次步骤(3)和(4)之后，样品内部会形成部分Fe析出相，但是Fe析出相大多集中在滑移带附近。而Fe析出相的存在会导致相应区域进一步变形的抗力增加，从而在后续变形中会促进其余尚未析出Fe相区域的滑移开动，最终经过多次循环，Fe析出相会均匀地分布在样品内部。Fe的弥散细小分布，有利于提高合金的强度和塑性。
经多次小变形量的冷变形(冷轧/室温拉拔/冷锻)加工与短时间的低温时效相结合，实验Fe析出相的弥散细小分布，从而提高铜铁合金的力学性能，经多次冷轧变形+时效处理的铜铁合金适合于各种高强配线、电火花切割等应用领域。
实施例1：
一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的Fe含量为5wt.％，导电率为65％IACS，抗拉强度为620MPa，延伸率为25％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率80％。
本实施例的高导电高强Cu-Fe合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为5％，即所需铜铁合金中Fe含量为5wt.％配比纯铜块和铜铁中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，之后经温度为300℃，时间为1h的时效处理，完成一个变形+时效的循环；(4)重复步骤(3)两次，总变形量达到90％，之后得到高导电高强Cu-Fe合金。
实施例2：
一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的Fe含量为10wt.％，导电率为63％IACS，抗拉强度为730MPa，延伸率为23％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率82％。
本实施例的高导电高强Cu-Fe合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为10％，即所需铜铁合金中Fe含量为10wt.％配比纯铜块和铜铁中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，之后经温度为300℃，时间为1h的时效处理，完成一个变形+时效的循环；(4)重复步骤(3)两次，总变形量达到90％，之后得到高导电高强Cu-Fe合金。
实施例3：
一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的Fe含量为15wt.％，导电率为60％IACS，抗拉强度为840MPa，延伸率为21％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率83％。
本实施例的高导电高强Cu-Fe合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为15％，即所需铜铁合金中Fe含量为15wt.％配比纯铜块和铜铁中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，之后经温度为300℃，时间为1h的时效处理，完成一个变形+时效的循环；(4)重复步骤(3)两次，总变形量达到90％，之后得到高导电高强Cu-Fe合金，微观组织图如图2。
实施例4：
一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的Fe含量为20wt.％，导电率为55％IACS，抗拉强度为950MPa，延伸率为19％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率85％。
本实施例的高导电高强Cu-Fe合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为20％，即所需铜铁合金中Fe含量为20wt.％配比纯铜块和铜铁中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，之后经温度为300℃，时间为1h的时效处理，完成一个变形+时效的循环；(4)重复步骤(3)两次，总变形量达到90％，之后得到高导电高强Cu-Fe合金。
实施例5：
一种本发明的高导电高强铜铁合金，该铜铁合金的Fe含量为25wt.％，导电率为52％IACS，抗拉强度为1060MPa，延伸率为16％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率86％。
本实施例的高导电高强Cu-Fe合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为25％，即所需铜铁合金中Fe含量为25wt.％配比纯铜块和铜铁中间合金块；在氮气气氛下，采用气雾化法制备合金粉末，气雾化过程的压力为0.5-0.7MPa，熔化温度为1200℃；(2)将合金粉末在200MPa的压力下压制得到粉末压坯；粉末压坯在氢气气氛下，温度为1050℃条件下，烧结1小时，得到烧结坯；(3)将烧结坯进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，之后经温度为300℃，时间为1h的时效处理，完成一个变形+时效的循环；(4)重复步骤(3)两次，总变形量达到90％，之后得到高导电高强Cu-Fe合金。
对比例1：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为5％，即所需铜铁合金中Fe含量为5wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规的制粉、压坯和烧结之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为50％IACS，抗拉强度为500MPa，延伸率为18％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率73％。
对比例2：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为10％，即所需铜铁合金中Fe含量为10wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规的制粉、压坯和烧结之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为47％IACS，抗拉强度为550MPa，延伸率为17％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率75％。
对比例3：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为15％，即所需铜铁合金中Fe含量为15wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规的制粉、压坯和烧结之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为45％IACS，抗拉强度为600MPa，延伸率为15％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率76％。
对比例4：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为20％，即所需铜铁合金中Fe含量为20wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规的制粉、压坯和烧结之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为40％IACS，抗拉强度为650MPa，延伸率为14％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率77％。
对比例5：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为25％，即所需铜铁合金中Fe含量为25wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规的制粉、压坯和烧结之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为38％IACS，抗拉强度为700MPa，延伸率为12％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率79％。
对比例6：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为5％，即所需铜铁合金中Fe含量为5wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为1h的时效处理，重复该变形+时效的循环三次，总变形量达到90％，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为48％IACS，抗拉强度为425MPa，延伸率为13％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率70％。
对比例7：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为10％，即所需铜铁合金中Fe含量为10wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后(铸造态微观组织如图3)，进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为1h的时效处理，重复该变形+时效的循环三次，总变形量达到90％，得到Cu-Fe合金，其微观组织如图4。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为45％IACS，抗拉强度为460MPa，延伸率为11％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率71％。
对比例8：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为15％，即所需铜铁合金中Fe含量为15wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为1h的时效处理，重复该变形+时效的循环三次，总变形量达到90％，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为42％IACS，抗拉强度为500MPa，延伸率为11％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率72％。
对比例9：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为20％，即所需铜铁合金中Fe含量为20wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为1h的时效处理，重复该变形+时效的循环三次，总变形量达到90％，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为37％IACS，抗拉强度为535MPa，延伸率为10％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率73％。
对比例10：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为25％，即所需铜铁合金中Fe含量为25wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为30％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为1h的时效处理，重复该变形+时效的循环三次，总变形量达到90％，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为30％IACS，抗拉强度为570MPa，延伸率为8％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率74％。
对比例11：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为5％，即所需铜铁合金中Fe含量为5wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为45％IACS，抗拉强度为300MPa，延伸率为12％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率68％。
对比例12：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为10％，即所需铜铁合金中Fe含量为10wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为40％IACS，抗拉强度为325MPa，延伸率为10％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率69％。
对比例13：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为15％，即所需铜铁合金中Fe含量为15wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为35％IACS，抗拉强度为350MPa，延伸率为9％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率70％。
对比例14：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为20％，即所需铜铁合金中Fe含量为20wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为30％IACS，抗拉强度为375MPa，延伸率为7％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率71％。
对比例15：
按合金组成中Fe/(Cu+Fe)的质量分百分数为25％，即所需铜铁合金中Fe含量为25wt.％，配比纯铜块和铜铁中间合金块；经常规铸造之后，进行单次变形量为90％的冷变形(轧制)加工，随后在经温度为300℃，时间为3h的时效处理，得到Cu-Fe合金。
对该Cu-Fe合金的导电性能测试和强度进行测试，结果表明其导电率为25％IACS，抗拉强度为425MPa，延伸率为5％，在120℃×1000h条件下的应力松弛率72％。
上述的本发明实施例1-5和对比例1-15制得的合金进行导电性能测试和强度测试的测试结果详见表1。其中导电性能采用线切割机制备的60mm×3mm×2mm电阻率测试样品，利用双臂电桥进行电阻率测量，并根据国际退火铜标准，换算得到样品的相对导电率，强度测试和延伸率测试采用国标GB/T 228-2002，应力松弛率测试采用国标GB/T 10120-2013。
从以上实施例可以看出，经多次小变形量的冷加工(轧制、室温拉拔、冷锻等)变形与短时低温时效处理循环之后，Fe相的分布更加均匀，尺寸也不断变小，可以有效避免合金裂纹的产生，提高合金强度。
表1实施例1-5和对比例1-15的导电性能测试和强度测试结果
Figure BDA0002491622360000101
Figure BDA0002491622360000111
由上表可以看出，与传统铸造-单次冷变形-单次热处理工艺、粉末冶金-单次冷变形-单次热处理工艺以及传统铸造-多次冷变形热处理循环工艺相比，本发明的铜铁合金在抗拉强度上有明显提升，提升量高达50％，合金的断裂延伸率以及导电性能也有所改善。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：
(1)按Fe含量为5-25wt.％，余量为Cu及不可避免的杂质，将合金原料采用雾化法制备成合金粉末；
(2)将合金粉末进行烧结处理，得到烧结坯；
(3)将烧结坯进行冷加工变形处理，得到变形态Cu-Fe材料；
(4)将变形态Cu-Fe材料进行时效处理；依次重复进行步骤(3)和(4)，变形-时效处理多次得到高导电高强铜铁合金；所述冷加工变形处理单次变形量为0-30％，总变形量为0-90％；所述时效处理的温度为200-400℃，时间为0.5-1.5h。
2.根据权利要求1所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述雾化法为气雾化法或水雾化法，所述气雾化法采用氮气或者氩气雾化，气体流量为0.02-0.24m3/s，气体压力为0.5-0.9MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃；所述水雾化法，水流量为110-380kg/min，水压为5.5-20MPa，雾化熔体温度为1050-1350℃。
3.根据权利要求1或2所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述合金粉末的粒度为10-100μm。
4.根据权利要求1所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烧结处理包括：首先将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，将粉末压坯在900-1300℃条件下进行烧结，时间为0.5-2h，或者在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，烧结温度为800-950℃，保压时间为10-45min。
5.根据权利要求4所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，所述还原气氛是指氢气、分解氨或一氧化碳中的一种以上气氛。
6.根据权利要求1所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述冷加工变形处理包括冷轧、拉拔或冷锻，在室温下进行。
7.根据权利要求1或6所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述单次变形量为20-30％，总变形量为60-90％。
8.根据权利要求1所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述时效处理的温度为250-350℃，时间为0.5-1h。
9.根据权利要求1或8所述的高导电高强铜铁合金的制备方法，其特征在于，依次重复进行步骤(3)和(4)，变形-时效处理总次数达三次以上。
10.一种高导电高强铜铁合金，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到，该合金导电率为50-70％IACS，抗拉强度为620-1060Mpa，在120℃×1000h条件下的应力松弛率80-86％。
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