CN113481394A

CN113481394A - 一种铜铁合金改性剂、制备方法及其使用方法

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Publication number: CN113481394A
Application number: CN202110703718.7A
Authority: CN
Inventors: 欧阳好; 郑良玉
Original assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2041-06-24
Also published as: CN113481394B

Abstract

本发明公开了铜铁合金改性剂，其特征在于，包括改性剂A，所述改性剂A的质量百分比组成为：15～25wt％铜粉、铁粉、钇粉中的一种或者几种，余量为铜钙合金粉及不可避免的杂质；所述铜钙合金粉中钙含量50wt％以上；还包括改性剂B，所述改性剂B的质量百分比组成为：10～30wt％的Cu，20～30wt％Te、Mg、Ca、Si、La中的一种或者几种，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明中改性剂B和改性剂A可以相互促进晶粒的细化和球化作用，可以得到铁相分布均匀的铜铁合金相组织，能够制备Fe≤90wt％的铜铁合金，便于超细丝的加工，消除铁相断线问题。

Description

一种铜铁合金改性剂、制备方法及其使用方法

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜铁合金制备方法。

背景技术

目前铜铁合金具有铜的导电性、热传导性、延展性、弹性等，同时又具有铁的耐磨性、硬度、磁性等，以及其特有的高电磁波屏蔽性，被业界称为电磁兼容铜铁合金新材料，是新一代高端铜合金新材料，主要应用于高要求的电磁屏蔽盒(板)、连接器、引线框架、电子器件、电机线圈等产品，可以满足电子信息、航天航空、交通运输等高端需求，具有广泛的应用领域和替代老产品的前景，市场用量潜力巨大。随着产业化成熟，其需求量将会猛增。中国是用铜大国，也是电子电气制造的世界工厂，潜在市场非常大。

目前，世界上很多企业都在致力于研发铁铜合金。其中铁合金铁相形貌控制及场分布是制备高铁铜合金必备的环节，也是最重要的环节，那是因为铜和铁的本质，共晶点和比重差异大，铁含量为2.5％以下的固溶化而生成合金，含量为3％以上的，不发生固溶化，发生偏析生成的合金，很难使用。因以上的原因，现在为止能使用的铜铁合金是有限的，同时对于铁含量2.5％以下合金也存在铁相形貌不好控制，出现铁相偏析问题等，为了解决上述问题，加快铜铁合金推广，研发铜铁合金铁相形貌控制及场分布技术是必须和迫切的。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够控制铁相形貌、铁相分布均匀的铜铁合金改性剂。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金改性剂，其特征在于，包括改性剂A，所述改性剂A的质量百分比组成为：15～25wt％铜粉、铁粉、钇粉中的一种或者几种，余量为铜钙合金粉及不可避免的杂质；所述铜钙合金粉中钙含量50wt％以上；

还包括改性剂B，所述改性剂B的质量百分比组成为：10～30wt％的Cu，20～30wt％Te、Mg、Ca、Si、La中的一种或者几种，余量为Fe和不可避免的杂质。

作为优选，所述铜钙合金粉的粒度50目以上，纯度99.9％以上；铜粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；铁粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；钇粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铜铁合金改性剂的制备方法。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金改性剂的制备方法，其特征在于：所述改性剂B包括以下制备步骤：

1)原料准备：根据所需成分准备原料；

2)熔炼：先将Cu加入加热炉熔化，电压打到350～450V，熔化后投入Fe块，电压打到750～850V，铜铁均熔化后，1450℃～1500℃保温0.5～3h，然后1500～1550℃保温0.5～3h，电压打到350～450V，温度降低到1150℃～1200℃，加入Te、Mg、Ca、Si、La中的一种或者几种，其中，Mg选择铜镁合金加入，Ca选择铜钙合金加入，全部熔化后浇铸。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供使用铜铁合金改性剂制备铜铁合金的方法。

本发明解决第三个技术问题所采用的技术方案为：一种使用铜铁合金改性剂制备铜铁合金的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

1)配料：按照铜铁合金所需成分进行配料，包括电解铜、铜铁中间合金、改性剂A、改性剂B；

2)熔炼：首先在加热炉内加入电解铜，电压打到500～650V，电解铜熔化后再加入铜铁中间合金，待铜铁中间合金完全熔化，电压打到350～450V，采用1300℃～1500℃保温0.5～3h，熔体表面加覆盖剂覆盖；电压打到450～550V，温度1500℃～1550℃保温0.5～3h，然后电压打到350～450V，温度在1300℃～1350℃，熔体转炉进入保温炉；

3)铸造：熔体进入保温炉后，温度控制在1250℃～1300℃，将熔体总质量的0.1wt％～0.3wt％改性剂A，熔体总质量的0.05wt％～0.2wt％改性剂B依次加入，温度调高到1300～1450℃进入结晶器进行拉铸。

通过采用阶梯保温可以促进铜和铁的混合均匀，消除偏析，长时间的保温可以让铁相和铜相均处于面心立方结构，充分互溶和混合，铜属于面心立方晶体，铁的结构转变从低温到高温依次是α-铁素体(体心立方)，γ-奥氏体(面心立方)，δ-铁素体(体心立方)，900℃以下会发生γ-奥氏体向δ-铁素体转变，1500℃以下会发生δ-铁素体向γ-奥氏体转变。

第一阶段采用1300℃～1500℃，主要是考虑铜和铁均处于面心立方晶格，第一阶段较长时间保温，由于晶体结构一致，可以更好的互溶。

第二阶段属于浇铸前温度提高，进一步提高互溶程度，充分混合的作用，避免浇铸过程的温度降低，铁的结构转变，不利于铜铁互溶。

作为优选，所述步骤3)中拉铸速度为1mm/s～6mm/s。

作为优选，所述步骤3)中，结晶器出口30～200mm设二次冷却水，铸坯在结晶器内的结晶前沿与出结晶器的温差控制在700～1000℃。形成足够大的冷却温度梯度，温度过大会引起引拉困难，存在安全风险，温度小于700℃轴向生长趋势不明显。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中改性剂B和改性剂A可以相互促进晶粒的细化和球化作用，金属钙、硅、铁可以提高原子间结合力，同时使界面的表面张力增大，另外，铁硅相FeSi、铜钙相CaCu₅弥散分部，金属碲和铜结合Cu₂Te、单质Te会均布在铜基体和晶界上，可以钉扎晶界，晶界确定了，晶粒生长将被阻止，晶粒大小被限定；金属硅和铁、钇和铁的结合性强，硅和铁表现在高温晶体为面心立方(900～1400℃)相互结合，金属Y可以很好地润湿铁相表面，FeSi相和Fe(Y)稳定性较好，而铜和硅、钇结合性一般，相互排斥，从而一定程度上可以抑制铁颗粒的聚集长大，消除铁相偏析问题，同时结合两种改性剂的细化作用，可以得到铁相分布均匀的铜铁合金相组织，能够制备Fe≤90wt％的铜铁合金，便于超细丝的加工，消除铁相断线问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的金相照片；

图2为本发明实施例2的金相照片；

图3为本发明对比例的金相照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

改性剂A的质量百分比组成为：5wt％铜粉、10wt％铁粉、2wt％钇粉，余量为铜钙合金粉；铜钙合金粉中钙含量60wt％。铜钙合金粉的粒度50目以上，纯度99.9％以上；铜粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；铁粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；钇粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上。

改性剂B的质量百分比组成为：20wt％的Cu，5wt％Te、5wt％Mg、6wt％Ca、5wt％Si，余量为Fe。

改性剂B包括以下制备步骤：

1)原料准备：根据所需成分准备原料；

2)熔炼：先将Cu加入加热炉熔化，电压打到450V，熔化后投入Fe块，电压打到800V，铜铁均熔化后，1450℃保温0.5h，然后1500℃保温1h，电压打到400V，温度降低到1150℃，加入Te、Mg、Ca、Si，其中，Mg选择铜镁合金加入，Ca选择铜钙合金加入，全部熔化后浇铸。

铜铁合金CuFe10，规格Φ28mm，按照每炉300kg配料。制备步骤：

1)配料：按照铜铁合金所需成分进行配料，包括电解铜、铜铁中间合金、改性剂A、改性剂B；主要加入电解铜240kg，铜铁中间合金(Fe含量50wt％)60kg，改性剂A、改性剂B；

2)熔炼：首先在300kg中频熔炼炉内加入电解铜，电压打到600V，电解铜熔化后再加入铜铁中间合金，待铜铁中间合金熔化完全，电压打到400V,采用1450℃+2h保温，熔体表面采用玻璃+溶剂覆盖，保温时间到进入第二阶段保温，电压打到500V，温度1500℃+1h，两个保温流程完成后，电压打到400V，温度在1350℃，转炉进入保温炉。

3)铸造：熔体进入保温炉后，温度在1250℃，将改性剂A(熔体总质量的0.1％)，改性剂B(熔体总质量的0.15％)依次加入，采用压勺将两种物料加入，熔化后搅拌均匀，静止10min，温度调高到1300即可拉铸，拉铸速度2mm/s，结晶器出口40mm～20mm介入二次冷却水，铸坯在结晶器内的结晶前沿与出结晶器的温差控制在700℃。

从图1可以看出，铜铁合金的组织中没有铁相偏析问题，组织主要由三部分组成，单质Fe相，基体Cu相以及铜包铁固溶体，单质铁均匀分布在基体上，呈短棒状，球状，呈现一个枝晶消除的状态，枝晶均往球化的方向发展，不断演化消除，铁铜固溶体均匀分布，没有出现聚集情况，铁颗粒均保持在3～5um以下，固溶体的尺寸在3um以下。该基体组织有利于后道加工，成品延伸可提升30％以上。

实施例2

改性剂A的质量百分比组成为：15wt％铁粉、5wt％钇粉，余量为铜钙合金粉；铜钙合金粉中钙含量60wt％。铜钙合金粉的粒度50目以上，纯度99.9％以上；铁粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；钇粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上。

改性剂B的质量百分比组成为：15wt％的Cu，5wt％Te、5wt％Ca、5wt％Si，5wt％La余量为Fe。

改性剂B包括以下制备步骤：

1)原料准备：根据所需成分准备原料；

2)熔炼：先将Cu加入加热炉熔化，电压打到420V，熔化后投入Fe块，电压打到780V，铜铁均熔化后，1480℃保温1h，然后1550℃保温1h，电压打到380V，温度降低到1120℃，加入Te、Ca、Si、La，其中，Ca选择铜钙合金加入，全部熔化后浇铸。

拉铸CuFe40，规格Φ35mm，按照每炉300kg配料。制备步骤：

1)配料：按照铜铁合金所需成分进行配料，包括电解铜、铜铁中间合金、改性剂A、改性剂B；主要加入电解铜60kg，铜铁中间合金(Fe含量50wt％)240kg，改性剂A、改性剂B；

2)熔炼：首先在300kg中频熔炼炉内加入电解铜，电压打到600V，电解板熔化后再加入铜铁中间合金，待铜铁中间合金熔化完全，电压打到400V,采用1500℃+2h保温，熔体表面采用玻璃+溶剂覆盖，保温时间到进入第二阶段保温，电压打到500V，温度1550℃+1h，两个保温流程完成后，电压打到400V，温度在1350℃，转炉进入保温炉。

3)铸造：熔体进入保温炉后，温度在1250℃，将改性剂A(熔体总质量的0.1％)，改性剂B(熔体总质量的0.15％)依次加入，采用压勺将两种物料加入，熔化后搅拌均匀，静止10min，温度调高到1400℃即可拉铸，拉铸速度1.5mm/s，结晶器出口70mm～50mmm介入二次冷却水，铸坯在结晶器内的结晶前沿与出结晶器的温差控制在800℃。

从图2可以看出，铜铁合金组织主要由三部分组成，单质Fe相，基体Cu相以及铜包铁固溶体，单质铁均匀分布在基体上，呈短棒状，球状，呈现一个枝晶消除的状态，枝晶均往球化的方向发展，不断演化消除，铁铜固溶体均匀分布，没有出现聚集情况，即铁偏析问题，铁颗粒均保持在2～5um以下，固溶体尺寸在3um以下，随着铁含量的增加，铁颗粒分布更加密集，主要是由于铁和铜的难溶性导致。该基体组织有利于后道加工，成品延伸可提升30％以上。

对比例

拉铸CuFe10，规格Φ30mm，按照每炉300kg配料。制备步骤：

1、配料：主要加入电解板180kg，铜铁中间合金(Fe含量50％)120kg；

2、熔炼：首先在300kg中频熔炼炉内加入电解板，电压打到600V，电解板熔化后再加入铜铁中间合金，待铜铁中间合金熔化完全，电压打到400V，温度在1350℃，转炉进入保温炉

3、拉铸：熔体进入保温炉后，温度在1250℃～1300℃即可拉铸，拉铸速度1.5mm/s。

从图3金相图片可以看出，出现明显的Fe偏析问题，铁相基本团聚在一起，基体铜Cu和铁相区分明显，在不添加改善剂的情况下，不易让铜铁在同样的晶体结构下互溶，最后导致拉铸出来的棒材出现铁相的偏析。

Claims

1.一种铜铁合金改性剂，其特征在于，包括改性剂A，所述改性剂A的质量百分比组成为：15～25wt％铜粉、铁粉、钇粉中的一种或者几种，余量为铜钙合金粉及不可避免的杂质；所述铜钙合金粉中钙含量50wt％以上；

2.根据权利要求1所述的铜铁合金改性剂，其特征在于：所述铜钙合金粉的粒度50目以上，纯度99.9％以上；铜粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；铁粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上；钇粉的粒度100目以上，纯度99.9％以上。

3.一种权利要求1所述的铜铁合金改性剂的制备方法，其特征在于：所述改性剂B包括以下制备步骤：

1)原料准备：根据所需成分准备原料；

4.一种使用权利要求1至3任一权利要求所述的铜铁合金改性剂制备铜铁合金的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中拉铸速度为1mm/s～6mm/s。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，结晶器出口30～200mm设二次冷却水，铸坯在结晶器内的结晶前沿与出结晶器的温差控制在700～1000℃。