專(zhuān)利名稱(chēng)：Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合材料及其制備方法，具體是一 種Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
純銅具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，但其強(qiáng)度低，銅合金的強(qiáng)度和電導(dǎo)率通常是一對(duì) 矛盾，常規(guī)強(qiáng)化方法不可避免降低銅的導(dǎo)電性能。高強(qiáng)磁場(chǎng)的發(fā)展要求銅基線圈材料不僅 具有良好的電導(dǎo)率，而且具有超高的強(qiáng)度以承受磁場(chǎng)中洛倫茲力的作用，如一個(gè)40T的磁 場(chǎng)，要求線圈材料的強(qiáng)度不低于lOOOMPa，而一個(gè)100T的磁場(chǎng)，要求材料強(qiáng)度達(dá)到2400MPa。 形變?cè)粡?fù)合材料法是制備(超)高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金的最理想的方法，其增強(qiáng)相在金屬凝 固過(guò)程中形成，在隨后的變形過(guò)程中逐漸被拉長(zhǎng)，形成定向排列的金屬纖維。已有的研究工 作主要集中于二元的Cu-Nb、Cu-Ag和Cu-Fe等，其中第二相金屬的體積百分比為15-20% 。 Nb和Ag都是貴金屬，限制了這類(lèi)新材料的應(yīng)用。Cu-Fe合金則由于其低成本引起研究者的 興趣。但銅中每固溶1 % Fe重量百分比后，其電導(dǎo)率則迅速降至純銅的65 % 。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Haiyan Gao， J皿Wang， Da Shu， Baode S皿 在Scripta Materialia. 54 (2006) 1931-1935上發(fā)表的"Effect of Ag on the agingcharacteristics of Cu-Fe in situ composites，，(Ag對(duì)Cu-Fe原位復(fù)合材茅斗時(shí)效特 性的影響，材料快報(bào)，54巻，2006年，pl931-1935)中指出，經(jīng)熱處理后，Cu-Fe-Ag原位復(fù)合 材料的顯微硬度和電導(dǎo)率均高于Cu-Fe原位復(fù)合材料，即添加合金元素Ag可以提高Cu-Fe 原位復(fù)合材料的強(qiáng)度和電導(dǎo)率，但添加的Ag百分含量較高，達(dá)到6%，致使材料成本增加， 同時(shí)材料的電導(dǎo)率提高還是比較有限。因此有必要研制一種新的Cu-Fe系原位復(fù)合材料及 其制備方法，提高材料強(qiáng)度同時(shí)，進(jìn)一步降低Fe原子在Cu基體中的固溶，提高材料的電導(dǎo) 率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料及其
制備方法，將纖維增強(qiáng)與彌散強(qiáng)化相結(jié)合，將形變與時(shí)效處理結(jié)合，在獲得多元多尺度強(qiáng)化
效果的同時(shí)，提高材料的導(dǎo)電性能。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明涉及上述Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料，其組分及質(zhì)量百分比含量為Ag l-3%、Fe8-14%、P 0. 1 0. 4%，余量為Cu。 本發(fā)明涉及上述Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟 第一步、采用中頻感應(yīng)爐將Cu、 Fe、 Ag和P熔化并鑄成合金鑄錠； 所述的Cu、Fe、Ag和P占合金鑄錠的質(zhì)量百分比為Agl_3%、Fel2_14%、P 0. 1
0. 4%、Cu82. 6 90. 9%。 所述的熔化是指1500-155(TC環(huán)境；
第二步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚恚瞥?合金基體； 所述的預(yù)變形處理是指在680-72(TC的環(huán)境下對(duì)合金鑄錠進(jìn)行鍛造操作以細(xì)化 微觀組織； 所述的多道次冷軋?zhí)幚硎侵冈谑覝丨h(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 5 0. 7，使合
金鑄錠中的Fe枝晶沿軋向逐漸伸長(zhǎng)，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為2-3 ; 所述的冷拔處理是指在室溫環(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 5 0. 7，使合金鑄
錠中的Fe枝晶沿拉伸軸向形成定向排列的增強(qiáng)纖維，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為
7-8 ; 第三步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效處理，使 固溶的Fe、 P、 Ag以納米級(jí)的Fe2P， Fe3P、單質(zhì)Fe、單質(zhì)Ag等形式從基體中彌散析出，獲得 大幅度提高導(dǎo)電性能的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料； 所述的固溶處理是指將合金鑄錠加熱到900-1050°C，保溫2-4h ; 所述的分級(jí)時(shí)效處理是指將冷拔變形的材料加熱到450-55(TC，保溫l-3h，然后
冷卻到150-25(TC，保溫l-3h后水冷至室溫。 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)在Cu-Fe 二元合金中同時(shí)添加一定含量的Ag和P，降低了 高溫下Fe在Cu中的固溶度，促進(jìn)低溫下Cu基體中固溶Fe的析出；采用了分級(jí)時(shí)效工藝使 Fe、P、Ag以納米級(jí)的Fe2P、Fe3P、單質(zhì)Fe、單質(zhì)Ag等形式從基體中彌散析出，大幅度提高材 料的導(dǎo)電性能；將纖維增強(qiáng)和彌散強(qiáng)化相結(jié)合。因此本發(fā)明將纖維增強(qiáng)與彌散強(qiáng)化相結(jié)合， 將形變與時(shí)效處理結(jié)合，提高材料強(qiáng)度的同時(shí)大幅度其導(dǎo)電性能。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1 :制備Cu-8Fe-lAg-0. 1P 第一步、采用中頻感應(yīng)爐將Cu、Fe、Ag和P在150(TC環(huán)境下熔鑄成合金鑄錠；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金鑄錠的質(zhì)量百分比為Agl%、 Fe8%、 P 0.1%、 Cu90. 9%。 第二步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚?，制?合金基體； 所述的預(yù)變形處理是指在680-72(TC的環(huán)境下對(duì)合金鑄錠進(jìn)行鍛造操作以細(xì)化 微觀組織； 所述的多道次冷軋?zhí)幚硎侵冈谑覝丨h(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 6，使合金鑄 錠中的Fe枝晶沿拉伸軸向逐漸伸長(zhǎng)，使得合金鑄錠的冷變形變量為2. 5 ;
所述的冷拔處理是指在室溫環(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 7，使合金鑄錠中的 Fe枝晶沿拉伸軸向形成定向排列的增強(qiáng)纖維，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為7. 6 ;
第三步、在90(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再分別在48(TC環(huán)境 下和15(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效，使固溶的Fe、P、Ag以納米級(jí)的Fe2P， Fe3P、單質(zhì)Fe、單質(zhì)Ag等形式從基體中彌散析出，大幅度提高材料的導(dǎo)電性能；
所述的固溶處理是指將合金鑄錠加熱到900°C，保溫2h ; 所述的分級(jí)時(shí)效是指將冷拔變形的材料加熱到48(TC，保溫2h，然后冷卻到 150°C ，保溫2h后水冷至室溫。 本實(shí)施例制備得到的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的最大應(yīng)變量7. 6，其抗拉強(qiáng)度
1080MPa，電導(dǎo)率為72% IACS。 實(shí)施例2 :制備Cu-12Fe-2Ag-0. 2P 第一步、采用中頻感應(yīng)爐將Cu、Fe、Ag和P在150(TC環(huán)境下熔鑄成合金鑄錠；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金鑄錠的質(zhì)量百分比為Ag2%、 Fel2%、 P 0.2%、 Cu85. 8%。 第二步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚?，制?合金基體； 所述的預(yù)變形處理是指在70(TC的環(huán)境下對(duì)合金鑄錠進(jìn)行鍛造以細(xì)化微觀組 織； 所述的多道次冷軋?zhí)幚硎侵冈谑覝丨h(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 6，使合金鑄 錠中的Fe枝晶沿拉伸軸向逐漸伸長(zhǎng)，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為2. 5 ;
所述的冷拔處理是指在室溫環(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 6，使合金鑄錠中的 Fe枝晶沿拉伸軸向形成定向排列的增強(qiáng)纖維，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為7. 6 ;
第三步、在95(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再分別在50(TC環(huán)境 下和20(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效，使固溶的Fe、P、Ag以納米級(jí)的Fe2P， Fe3P、單 質(zhì)Fe、單質(zhì)Ag等形式從基體中彌散析出，大幅度提高材料的導(dǎo)電性能；
所述的固溶處理是指將合金鑄錠加熱到900°C，保溫2h ; 所述的分級(jí)時(shí)效是指將冷拔變形的材料加熱到50(TC，保溫2h，然后冷卻到 200°C ，保溫2h后水冷至室溫。 本實(shí)施例制備得到的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的最大應(yīng)變量7. 6，其抗拉強(qiáng)度
1160MPa，電導(dǎo)率為68% IACS。 實(shí)施例3 :制備Cu-14 Fe-3Ag-0. 4P 第一步、采用中頻感應(yīng)爐將Cu、Fe、Ag和P在155(TC環(huán)境下熔鑄成合金鑄錠；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金鑄錠的質(zhì)量百分比為Ag3%、 Fel4%、 P 0.6%、 Cu82. 6%。 第二步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚?，制?合金基體； 所述的預(yù)變形處理是指在72(TC的環(huán)境下對(duì)合金鑄錠進(jìn)行鍛造操作以細(xì)化微觀 組織； 所述的多道次冷軋?zhí)幚硎侵冈谑覝丨h(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 6，使合金鑄 錠中的Fe枝晶沿拉伸軸向逐漸伸長(zhǎng)，使得合金鑄錠的冷變形變量為2. 5 ;
所述的冷拔處理是指在室溫環(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 6，使合金鑄錠中的 Fe枝晶沿拉伸軸向形成定向排列的增強(qiáng)纖維，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為7. 6 ;
第三步、在105(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再分別在55(TC環(huán)境下和25(TC環(huán)境下對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效，使固溶的Fe、P、Ag以納米級(jí)的Fe2P， Fe3P、 單質(zhì)Fe、單質(zhì)Ag等形式從基體中彌散析出，大幅度提高材料的導(dǎo)電性能；
所述的固溶處理是指將合金鑄錠加熱到1050°C，保溫2h ; 所述的分級(jí)時(shí)效是指將冷拔變形的材料加熱到55(TC，保溫2h，然后冷卻到 250°C ，保溫2h后水冷至室溫。 本實(shí)施例制備得到的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的最大應(yīng)變量7. 6，其抗拉強(qiáng)度 1276MPa，電導(dǎo)率為66% IACS。
權(quán)利要求
一種Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料，其特征在于，其組分及質(zhì)量百分比含量為Ag 1-3％、Fe 8-14％、P 0.1～0.4％，余量為Cu。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟第一步、采用中頻感應(yīng)爐將Cu、 Fe、 Ag和P熔化并鑄成合金鑄錠； 第二步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚?，制成合?基體；第三步、對(duì)合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效處理，獲得 Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的熔 化是指1500-155(TC環(huán)境。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的預(yù) 變形處理是指在680-72(TC的環(huán)境下對(duì)合金鑄錠進(jìn)行鍛造以細(xì)化微觀組織
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的多 道次冷軋?zhí)幚硎侵冈谑覝丨h(huán)境下每道次變形量設(shè)置為0. 5 0. 7。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，在室溫環(huán) 境下每道次變形量設(shè)置為0. 5 0. 7，使合金鑄錠中的Fe枝晶沿拉伸軸向形成定向排列的 增強(qiáng)纖維，使得合金鑄錠的累積冷變形變量為7-8。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的固 溶處理是指將合金鑄錠加熱到900-105(TC，保溫2-4h。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的分 級(jí)時(shí)效處理是指將冷拔變形的材料加熱到450-55(TC，保溫l-3h，然后冷卻到150_250°C， 保溫l-3h后水冷至室溫。
全文摘要
一種合金導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域的Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料及其制備方法，其組分及質(zhì)量百分比含量為Ag1-3％、Fe8-14％、P0.1～0.4％，余量為Cu。制備方法采用中頻感應(yīng)爐將Cu、Fe、Ag和P熔化并鑄成合金鑄錠；對(duì)合金鑄錠進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行多道次冷軋?zhí)幚砗屠浒翁幚?，制成合金基體；對(duì)合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，經(jīng)水冷后再對(duì)合金基體進(jìn)行分級(jí)時(shí)效處理，獲得Cu-Fe-Ag-P原位復(fù)合材料。本發(fā)明將纖維增強(qiáng)與彌散強(qiáng)化相結(jié)合，將形變與時(shí)效處理結(jié)合，在獲得多元多尺度強(qiáng)化效果的同時(shí)，提高材料的導(dǎo)電性能。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101693959SQ20091030914
公開(kāi)日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者孫寶德, 王俊, 謝志雄, 高海燕 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);