專利名稱：：纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種銅基合金及其制備技術(shù)。尤其是涉及一種含稀土元素的納米纖維復(fù)合強化Cu-Fe合金及其制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
：科學(xué)技術(shù)的進步對導(dǎo)電材料性能的要求越來越高。例如，高科技領(lǐng)域中強磁場技術(shù)應(yīng)用的導(dǎo)體線圈及大規(guī)模集成電路的引線框架，要求能夠承受極高載荷的同時仍具有良好的導(dǎo)電性。常規(guī)導(dǎo)體材料已不能勝任這種苛刻的工作條件，必須要求有更高強度同時兼有良好導(dǎo)電性能的導(dǎo)體材料來滿足此類科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
的發(fā)展需要。導(dǎo)體材料的強度與導(dǎo)電性一般呈反函數(shù)關(guān)系，即提高強度往往以嚴重損失導(dǎo)電性為代價。因此，努力使材料保持高導(dǎo)電性或能夠顯著地改善強度但僅少量犧牲導(dǎo)電性，是目前研制新型導(dǎo)體材料的焦點。通過在Cu基體中加入互不相溶的合金元素，并通過強烈應(yīng)變方法制備的纖維相復(fù)合強化銅合金，目前被認為是最有發(fā)展前途的高強高導(dǎo)材料，目前已研制出較之常規(guī)材料有更為優(yōu)良性能的導(dǎo)體線材。在這類材料中，Cu-Ag及Cu-Nb等合金具有較佳的強度與導(dǎo)電性匹配關(guān)系，因而已在國內(nèi)外受到足夠重視。然而，這些材料消耗貴金屬資源較多，大幅度增加了材料成本，應(yīng)用受到較大限制。相對而言，Cu-Fe合金成本較低，應(yīng)用前景廣闊，但強度和導(dǎo)電性能匹配水平有限，應(yīng)變纖維化加工過程比較困難，需要進一步改善和提高。稀土元素在Cu合金中具有有利的合金化效果，可以通過添加稀土元素改善合金的組織和性能。專利ZL02110785.8發(fā)明了一種纖維復(fù)相強化的稀土Cu-Ag合金，通過在合金中添加(0.14~0.20)%(質(zhì)量百分數(shù)，下同)的稀土元素，經(jīng)拉拔變形及中間熱處理后形成纖維復(fù)合組織，使得合金在含Ag量減少的情況下仍能達到含Ag量較高的合金性能水平。專利(申請?zhí)?00510026596.3)公布了一種高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag納米原位復(fù)合材料的制備方法，采用超聲振蕩凝固、變形加工、固溶及分級時效等制備方法造成合金組織中納米纖維和析出粒子強化相的合理分布，以保證合金性能。這兩種合金雖然均具有纖維復(fù)合組織和良好的性能水平，但仍含有高達約6X的Ag,且加工過程也比較復(fù)雜。專利ZL03114720.8發(fā)明了一種Cu基高強高導(dǎo)材料及其制備工藝，合金中添加了(0.022.0)%Fe，(0.010.1)%P,(0.001~0.1)%B及(0,001~1.0)%稀土或稀土混合物，綜合利用金屬熔體凈化、細晶強化、析出強化和位錯強化效應(yīng)獲得良好性能。美國專利US6506269發(fā)明了一種高強高導(dǎo)Cu-(Ni,Co，F(xiàn)e)-Si合金及其制備方法，合金中含(0.5~2.5)%Ni，(0.5~2.5)%Co，(0.50.8)。/。Si及(0.050.15)%(Mg+P)，通過時效和冷軋可以達到高于65%IACS的電導(dǎo)率及高于600MPa的抗拉強度，專用于引線框架。美國專利US5215711發(fā)明了一種時效硬化型Cu-(0.0110)。/。Fe合金，其中另含(l2.5)。/。Ni，(0.017)%Si，(0.017)%Ti及(0.001l)y。B。然而，這些合金主要依靠鍛造及軋制成形而不能形成具有線件納米纖維復(fù)合特點的組織，合金元素成分及制備過程也比較復(fù)雜。美國專利US5043025發(fā)明了一種高強高導(dǎo)Cu-Fe復(fù)合材料，依靠Cu及約15^Fe兩種粉末的混合、預(yù)壓實(冷、熱等靜壓或熱擠壓)、氫還原處理及壓力加工(模鍛、軋制或拉拔)等工藝過程制成纖維復(fù)合強化的合金材料，其特點在于能夠控制復(fù)合過程的溫度和時間防止Fe溶質(zhì)原子溶入Cu基體，以避免損害導(dǎo)電性能。這種材料需要利用惰性氣體制粉，防止粉體顆粒表面氧化及污染以及顆粒尺寸控制等工藝環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，工業(yè)生產(chǎn)比較困難，成本較高。一些已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文中涉及了纖維復(fù)合強化Cu-Fe合金及其制備技術(shù)，與本發(fā)明較為相關(guān)的有Yamaguchi等(Metall.Trans.,1971，2:1293);Verhoeven等(丄Mater.Sci.，1989，24:1748);Jerman等(Metall.Trans.1993,24A:35);Spitzig等(J.Mater.Sci.，1992,27:2005);Biselli等(ActaMater.，1996，44:493);Song等(J.Mater.Proc.Technl.,2001，113:610;J.AlloysComp.,2005，388:69;J.AlloysComp.,2000,311:265);Hong等(Scr.Mater.，2001，45:1295;Metall.Mater-Trans.,2001，32A:985);葛繼平等(大連鐵道學(xué)院學(xué)報，2003,24:71;材料熱處理學(xué)報,2005,26:14);高海燕等(復(fù)合材料學(xué)報，2006,23:120)。然而，這些論文所研究的合金均未包含稀土元素的合金化及含稀土元素Cu-Fe纖維復(fù)合組織的制備技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容針對
背景技術(shù)：
的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金及其制備方法，通過對Cu-Fe合金添加一定含量的混合稀土元素進行微合金化，細化初始組織，采用拉拔變形及中間熱處理等工藝，得到具有納米復(fù)相纖維強化特點的組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一、一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金各組分的質(zhì)量百分比為3%~10°/。Fe，0.03%~0.3°/?；旌舷⊥粒溆酁镃u。所述的混合稀土中各組分的質(zhì)量百分比為50%Ce,16%Nd，8%Pr，其余為La。二、一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金的制備方法，該方法的步驟如下(1)將電解銅、工業(yè)純鐵置于殘余氣體壓力低于O.lPa的真空感應(yīng)爐中熔化;(2)溶液靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar，加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌均勻后澆注成錠；(3)將鑄錠在室溫下多道次拉拔，在拉拔過程中采用三次中間熱處理，最終變形程度為//=8.0。所述步驟(2)中，在加入混合稀土元素前爐內(nèi)充Ar壓力為3050kPa。所述步驟(3)的拉拔變形過程中，當變形程度//<3.0時，拉拔道次平均變形程度7<0.100.15;當變形程度//^3.0時，拉拔道次平均變形程度//<0.080.11。所述步驟(3)的三次中間熱處理工藝為當w二1.0時在440。C退火2h，當//=2.0時在380°C退火4h，當7=3.0時在360°C退火4h。本發(fā)明具有的有益效果(1)不含昂貴合金元素，合金成分相對簡單，可降低材料成本，利于生產(chǎn)；(2)僅需拉拔及中間熱處理過程即可形成納米纖維復(fù)合組織，無需制粉、熱等靜壓及熱加工預(yù)變形等環(huán)節(jié)，加工工藝過程相對簡化；(3)用稀土微合金化方法有效地細化了原始組織，在降低材料成本及簡化加工工藝的條件下，使材料性能仍然保持在較高水平。具體實施例方式將給定質(zhì)量百分數(shù)配比的3%工業(yè)純鐵、0.03%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至30kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑①25.0mm的柱狀鑄錠；車削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當變形程度^<3.0時，拉拔道次平均變形程度^<0.15;當變形程度7^3.0時，拉拔道次平均變形程度w<0.11;拉拔過程中進行3次中間熱處理當v=1.0時在440。C退火2h;當//=2.0時在38(TC退火4h;當？/=3.0時在360°(:退火411。最終變形程度為？7=8.0。實施例2:將給定質(zhì)量百分數(shù)配比的6%工業(yè)純鐵、0.1%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至40kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑O25.0mm的柱狀鑄錠；車削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當變形程度^/<3.0時，拉拔道次平均變形程度//<0.12;當變形程度^^3.0時，拉拔道次平均變形程度w<0.09;拉拔過程中進行3次中間熱處理當w=1.0時在440°C退火2h;當w=2.0時在380。C退火4h;當？/:3.0時在360。C退火4h。最終變形程度為^=8.0。實施例3:將給定質(zhì)量百分數(shù)配比的10%工業(yè)純鐵、0.3%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至50kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑O25.0mm的柱狀鑄錠；車削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當變形程度//<3.0時，拉拔道次平均變形程度7<0.10;當變形程度;/^3.0時，拉拔道次平均變形程度w<0.08;拉拔過程中進行3次中間熱處理當w=1.0時在440。C退火2h;當//=2.0時在380。C退火4h;當/7二3.0時在360。C退火4h。最終變形程度為w=8.0。三個實施例的具體數(shù)值見下面的表1所示。表1本發(fā)明合金的成分、組織及性能實例實施例<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1可以看出，用稀土微合金化方法有效地細化了原始組織，在降低材料成本及簡化加工工藝的條件下，使材料性能仍然保持在較高水平。權(quán)利要求1、一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金，其特征在于各組分的質(zhì)量百分比為3％～10％Fe，0.03％～0.3％混合稀土，其余為Cu。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金，其特征在于:所述的混合稀土中各組分的質(zhì)量百分比為50%Ce，16%Nd，8%Pr,其余為La。3、用于權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下(1)將電解銅、工業(yè)純鐵置于殘余氣體壓力低于O.lPa的真空感應(yīng)爐中熔化;(2)溶液靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar，加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌均勻后澆注成錠；(3)將鑄錠在室溫下多道次拉拔，在拉拔過程中采用三次中間熱處理，最終變形程度為//=8.0。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，在加入混合稀土元素前爐內(nèi)充Ar壓力為3050kPa。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于所述步驟(3)的拉拔變形過程中，當變形程度;/<3.0時，拉拔道次平均變形程度/7<0.100.15;當變形程度"》3.0時，拉拔道次平均變形程度^<0.080.11。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金及其制備技術(shù)，其特征在于:所述步驟(3)的三次中間熱處理工藝為當//=1.0時在440°C退火2h，當w=2.0時在380°C退火4h，當//=3.0時在360°C退火4h。全文摘要本發(fā)明公開了一種纖維復(fù)合強化Cu-Fe-RE合金及其制備方法。材料化學(xué)成分為3％～10％Fe，0.03％～0.3％混合稀土，其余為Cu。先將Cu、Fe在低于0.1Pa殘余氣體壓力的真空感應(yīng)爐中熔化，充Ar至30～50KPa加入稀土元素熔化后澆注成錠，控制拉拔變形程度進行多道次室溫拉拔，拉拔過程中進行三次中間熱處理，當變形程度η＝8.0時合金具有雙相纖維復(fù)合強化組織結(jié)構(gòu)。采用本方法制備的納米纖維復(fù)合強化合金不含昂貴合金元素，具有稀土微合金化方法有效細化原始組織的特點，在降低材料成本及簡化加工工藝的條件下，材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能仍然能夠保持在較高水平。文檔編號B22D21/00GK101104896SQ20071007039公開日2008年1月16日申請日期2007年7月30日優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日發(fā)明者亮孟,武志瑋申請人:浙江大學(xué)