Cu-Fe複合材料及其製備方法
2023-07-24 22:44:11 3
專利名稱：Cu-Fe複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及複合材料技術領域，具體涉及一種Cu-Fe複合材料及其製備方法。
背景技術：
銅是應用最廣泛的金屬之一，尤其作為導電材料的應用最廣泛，由於銅的強度很低，在使用過程中需要以合金的形式出現。導電材料的強度在提高的同時，往往導電性會降低。為了使銅在導電性不受到影響的同時增加強度，通過在銅基中加入合金金屬，經過一定工藝製備複合纖維強化銅合金，可以達到新型的高強高導材料。目前已經研製出的優良性能的高導材料有Cu-Ag等，但是由於貴金屬的價格昂貴，且資源 緊缺，使這些材料的應用受到了限制。通過在銅基中添加價格低廉的鐵可以有效提高銅的強度，但是在鐵的添加量達到一定量才能得到優異的強度，與此同時，銅的導電性已經受到了影響，如何在不損害銅的導電性的同時製備高強高導的Cu-Fe材料成為當前的難題。公開號為CN 1687479A，
公開日為2005年10月26日，名稱為「高強高導Cu-Fe-Ag納米原為複合材料的製備方法」的專利，公開了一種高強高導Cu-Fe-Ag的複合材料及製備方法，該材料雖然能達到有效的高導高強性能，但是由於受到Ag價格昂貴、資源短缺的影響，其應用必然會受到限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種成本低廉的高強高導的Cu-Fe合金材料，以解決目前銅導電材料由於受到貴金屬的限制而影響其發展的問題。本發明的Cu-Fe複合材料具有強度高、導電性好以及成本相對低廉的優勢，從而能夠更好的擴大銅的應用，發揮銅的優良性倉泛。本發明通過以下方案實行
一種Cu-Fe複合材料，由以下重量百分數計的各組分製備而成6 15%鐵，O. Γθ. 4%鋯，
O.5 5%碳化鉻，O. 05、. 3%二氧化鈰，O. Γ1. 5%鋁，餘量為銅和雜質。鐵加入銅中後，能有效增加銅的強度，但是銅鐵合金的導電率會降低。鋯的加入可以使鋯在銅鐵合金中生成氧化鋯，氧化鋯在界面處彌散分布，達到彌散強化的效果。碳化鉻的加入在一定程度上提高了合金的耐磨性能。二氧化鈰的加入能提高合金的耐腐蝕性，同時也可以提高合金的硬度和強度。鋁能夠提高銅的高溫抗氧化能力，鋁生成的氧化鋁也起到了彌散強化的效果。作為優選方案，鐵的重量百分數為7 10%。這個範圍的鐵含量，能夠平衡強度與電導率，從而達到合金的最有效果。作為優選方案，二氧化鈰的平均粒徑為2(T50nm。二氧化鈰粒徑在納米級後，能增大比表面積，使其充分分散在銅基內，從而更好的發揮作用。作為優選方案，碳化鉻的平均粒徑為2(T50nm。碳化鉻粒徑在納米級後，能增大比表面積，使其充分分散在銅基內，從而更好的發揮作用。一種製備Cu-Fe複合材料的方法，包括以下步驟(1)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力O.005 O.OlMPa、溫度為140(Tl600°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. 005 0. OlMPa、溫度為150(Tl700°C下熔化，並與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，採用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到90(Tl000°C保溫l 2h後退火；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下多次拉拔，每次拉拔後在35(T400°C的氫氣氣氛中保溫2 4h，最後鑄錠總的變形量η彡10。對鑄錠的熱軋退火處理可以起到抑制加工硬化、增加材料的變形能力、促進固溶在Cu中的Fe的析出，減少Fe在Cu中的過飽和固溶度，從而提高整體導電性能。拉拔可以提高屈服強度等力學性能。作為優選方案，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為2(Γ30%。
作為優選方案，熱軋退火和拉拔、熱處理的加熱速率為15 40°C /分鐘。作為優選方案，熱軋退火和拉拔、熱處理的降溫速率為2(T50°C /分鐘。由於採用上述技術方案，本發明的有益效果是該Cu-Fe複合材料具有強度高、導電性好且成本相對低廉的效果，在一定程度上能夠擺脫目前高強高導銅基合金受到的貴金屬的限制的局限性。
具體實施例方式實施例I
一種Cu-Fe複合材料，
首先按照以下重量百分數計的各組分進行原材料準備，共計500kg :6%鐵，O. 3%鋯，5%碳化鉻，O. 05%二氧化鈰，O. 8%鋁，餘量為銅和雜質。其中二氧化鈰的平均粒徑為20nm，碳化鉻的平均粒徑為50nm。然後按照以下步驟進行製備
(1)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力O.005MPa、溫度為1500°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. OlMPa、溫度為1500°C下熔化，並與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，採用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到950°C保溫2h後退火，加熱速率為15°C /分鐘，降溫速率為30°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下5次拉拔，每次拉拔後在350°C的氫氣氣氛中保溫3h，最後鑄錠總的變形量η > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為230%，加熱速率為15°C /分鐘，降溫速率為40°C /分鐘。最後得到Cu-Fe複合材料。實施例2
一種Cu-Fe複合材料，
首先按照以下重量百分數計的各組分進行原材料準備，共計500kg :10%鐵，O. 4%鋯，
O.5%碳化鉻，O. 1% 二氧化鈰，I. 5%鋁，餘量為銅和雜質。其中二氧化鈰的平均粒徑為30nm，碳化鉻的平均粒徑為20nm。然後按照以下步驟進行製備
(I)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力O. 008MPa、溫度為1600°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. 005MPa、溫度為1600°C下熔化，並與銅鐵熔體混合,攪拌均勻,採用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到1000°C保溫Ih後退火，加熱速率為300C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下3次拉拔，毎次拉拔後在380°C的氫氣氣氛中保溫4h，最後鑄錠總的變形量n ^ 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為20%，加熱速率為20°C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘。最後得到Cu-Fe複合材料。實施例3 ー種Cu-Fe複合材料，
首先按照以下重量百分數計的各組分進行原材料準備，共計500kg :15%鉄，0. 1%鋯，2%碳化鉻，0. 3% ニ氧化鈰，0. 1%鋁，餘量為銅和雜質。其中二氧化鈰的平均粒徑為50nm，碳化鉻的平均粒徑為50nm。然後按照以下步驟進行製備
(1)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力0.OlMPa、溫度為1400°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. 007MPa、溫度為1700°C下熔化，並與銅鐵熔體混合,攪拌均勻,採用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到900°C保溫I.5h後退火，加熱速率為400C /分鐘，降溫速率為20°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下4次拉拔，毎次拉拔後在400°C的氫氣氣氛中保溫2h，最後鑄錠總的變形量n > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為25%，加熱速率為40°C /分鐘，降溫速率為20°C /分鐘。最後得到Cu-Fe複合材料。實施例4
ー種Cu-Fe複合材料，
首先按照以下重量百分數計的各組分進行原材料準備，共計500kg :7%鉄，0. 2%鋯，1%碳化鉻，0. 2% ニ氧化鈰，0. 5%鋁，餘量為銅和雜質。其中二氧化鈰的平均粒徑為20nm，碳化鉻的平均粒徑為20nm。然後按照以下步驟進行製備
(1)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力0.OlMPa、溫度為1400°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. OlMPa、溫度為1600°C下熔化，並與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，採用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到900°C保溫2h後退火，加熱速率為
250C /分鐘，降溫速率為35 °C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下5次拉拔，毎次拉拔後在400°C的氫氣氣氛中保溫3h，最後鑄錠總的變形量n > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為25%，加熱速率為20°C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘。最後得到Cu-Fe複合材料。對以上實施例得到的Cu-Fe複合材料的抗拉強度和電導率進行測試，測試結果見
權利要求
1.一種Cu-Fe複合材料，其特徵在於，所述Cu-Fe複合材料由以下重量百分數計的各組分製備而成:6 15%鐵，O. I O. 4%鋯，O. 5 5%碳化鉻，O. 05 O. 3% 二氧化鈰，O. I I. 5%鋁，餘量為銅和雜質。
2.根據權利要求I所述的Cu-Fe複合材料，其特徵在於，鐵的重量百分數為7 10%。
3.根據權利要求I或2所述的Cu-Fe複合材料，其特徵在於，二氧化鈰的平均粒徑為20 50nm。
4.根據權利要求I或2所述的Cu-Fe複合材料，其特徵在於，碳化鉻的平均粒徑為20 50nm。
5.一種製備權利要求I所述的Cu-Fe複合材料的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 Cl)熔煉將銅、鐵在氮氣壓力O. 005 O.OlMPa、溫度為140(Tl600°C下熔化，並攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. 005 0. OlMPa、溫度為150(Tl700°C下熔化，並與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，採用水冷澆注成鑄錠； (2)熱軋退火將步驟(I)得到的鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到90(Tl000°C保溫I 2h後退火； (3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理後的鑄錠在室溫下進行多次拉拔，每次拉拔後在35(T400°C的氫氣氣氛中保溫2 4h，最後鑄錠總的變形量η >10。
6.根據權利要求5所述的Cu-Fe複合材料的製備方法，其特徵在於，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為20 30%。
7.根據權利要求5或6所述的Cu-Fe複合材料的製備方法，其特徵在於，熱軋退火和拉拔、熱處理的加熱速率為15 40°C /min。
8.根據權利要求5或6所述的Cu-Fe複合材料的製備方法，其特徵在於，熱軋退火和拉拔、熱處理的降溫速率為2(T50°C /min。
全文摘要
一種Cu-Fe複合材料及其製備方法，該複合材料按質量百分數計包括以下組分6%～15%鐵，0.1%～0.4%鋯，0.5%～5%碳化鉻，0.5%～3%二氧化鈰，0.1%～1.5%鋁，餘量為銅和雜質。該複合材料是通過將各種組分熔煉後並經過鑄錠、拉拔等機械處理以及相應的熱處理而成。本發明在銅基中加入鐵進行增強的同時加入鋯，形成的彌散強化相使得複合材料的整體強度和導電性得到保證的同時，降低了成本。本發明可作為高強高導材料應用於各種導電領域。
文檔編號C22C9/00GK102952962SQ20121036680
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年2月10日
發明者姚再起, 李志華, 王春斌, 李莉, 劉強, 馬芳武, 趙福全 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司