本發(fā)明涉及合金制備，具體涉及一種電磁輔助制備銅鐵合金的方法。

背景技術：

1、銅鐵（cu-fe）合金因其優(yōu)異的力學性能、高導電性、高導熱性和優(yōu)異的電磁屏蔽性能成為理想的結構-功能一體化高性能銅合金材料，廣泛應用于手機cpu的屏蔽罩、射頻線、無人機高速電機用電磁屏蔽電線、同軸電纜的屏蔽層、ct/mri室等。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，其關鍵部件微型化、集成化、高精度及服役條件越來越苛刻，這就要求cu-fe合金材料必須同時滿足：外在穩(wěn)定可靠的結構特性和內在全方位的功能特性。

2、然而cu-fe合金在液相線以下存在一個亞穩(wěn)的液態(tài)難混溶區(qū)，屬于亞穩(wěn)難混溶合金，即銅鐵液相在液相線以下存在亞穩(wěn)難混溶間隙，即合金熔體過冷至亞穩(wěn)溶解度曲線以下時，合金過冷熔體將有發(fā)生液相分離的傾向，當過冷熔體的成分與溫度的交點位于其內部時，原有的某一成分均勻的合金熔體將會自發(fā)分解為兩個成分不同的液相。該合金在常規(guī)重力場條件下凝固過程中易產(chǎn)生空間相分離組織以及大范圍的成分偏析，同時，cu-fe合金的組織遺傳特性影響后續(xù)的加工和性能，因此同時獲得細小彌散的fe相及晶粒細化是制備高性能銅鐵合金的前提。

3、2018年11月20日申請公布的申請公布號為cn108842091a的中國發(fā)明專利公開了一種磁場/超聲場耦合制備cu-cr合金的方法，在凝固過程中同時施加磁場和超聲場，控制cu-cr合金凝固，極其明顯的細化cr枝晶，減小cr偏析，使材料經(jīng)后續(xù)冷變形加工后在基體中彌散分布均勻細小的cr纖維相，大幅度提高材料的強度。

4、但cu-cr合金的液相難混溶間隙小于cu-fe合金，即cu-fe合金更易發(fā)生液相分離，從而形成偏析嚴重的組織，采用上述方法時不會改變cu-fe合金在凝固過程中的相分離及成分偏析，仍然會形成富fe相枝晶或粗大fe相顆粒等組織，進而影響后續(xù)的加工性能、導電率和力學性能等。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種電磁輔助制備銅鐵合金的方法，解決現(xiàn)有技術在制備銅鐵合金時存在的fe相枝晶粗大、fe相偏析的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明的電磁輔助制備銅鐵合金的方法的技術方案為：

3、一種電磁輔助制備銅鐵合金的方法，包括以下步驟：按設計銅鐵合金的成分組成取相應原料進行熔煉，得到合金熔液；所述合金熔液經(jīng)澆鑄或連鑄制得銅鐵合金鑄坯；所述澆鑄或連鑄包括將合金熔液在電磁攪拌條件下進行冷卻結晶，所述冷卻結晶的冷卻速度為260~450℃/s，所述銅鐵合金的基體為cu，fe的含量為5~20wt%。

4、本發(fā)明是對現(xiàn)有技術進行改進，提供的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，通過在澆鑄或連鑄過程中進行電磁攪拌并控制冷卻速度，兩者耦合作用，實現(xiàn)“逐層凝固”，能夠有效抑制fe相因比重差造成的上浮遷移，促進fe相均勻分布，顯著改善宏觀偏析，同時控制冷卻速度能夠使銅鐵合金溶液快速冷卻，實現(xiàn)銅鐵合金溶液的快速凝固，實現(xiàn)單一液-固相轉變，避免出現(xiàn)液-液相分離與液-固相轉變兩種凝固行為同時存在，解決液-液相分離造成的初生fe枝晶粗大、偏析嚴重問題，使fe相細小、均勻地分布于銅基體，同時獲得粒晶細小的cu-fe合金，使材料經(jīng)后續(xù)變形加工后在基體中彌散分布均勻細小的fe纖維相，大幅度提高材料的強度；另外，電磁場能夠有效降低cu基體中固溶的fe含量，促進fe原子析出及析出相的彌散分布，有利于提高強度和導電性能。

5、本發(fā)明提供的電磁輔助制備銅鐵合金的方法工藝簡單、成本低，在鑄造階段即可制備出綜合性能良好的銅鐵合金鑄坯，有利于后續(xù)加工成型，同時獲得優(yōu)異的導電率和強度。

6、為了進一步提高強制對流作用，提高fe相均勻分布，改善宏觀偏移，優(yōu)選地，所述電磁攪拌時的攪拌電流為5~100a，攪拌頻率為10~200hz。

7、為了進一步提高銅鐵合金的力學性能和導電性能，優(yōu)選地，所述銅鐵合金的成分組成為：fe?5~20wt%、ag?0.2~0.4wt%、mg?0.1~0.3wt%、y?0.05~0.3wt%、cr?0.1~0.5wt%，其余為cu。銅鐵合金組分中的mg、cr元素可以在小幅降低導電率的同時大幅提高合金的加工硬化率，從而提高合金的力學性能；ag和mg能夠降低fe在cu基中的固溶度，能夠有效促進過飽和fe原子的析出；y凈化合金中的雜質，減少固溶雜質造成的晶格畸變而降低點陣對電子的彈性散射，改善材料的導電性能，同時促進fe相的析出，減少了fe原子在銅基體中的固溶度，提高了cu-fe合金的導電性能，此外，稀土元素可細化晶粒和fe相樹枝晶組織，促進fe相在基體中均勻分布，有利于材料的力學性能的提高。

8、為了進一步緩解液-液相分離，優(yōu)選地，所述澆鑄或連鑄時的澆鑄溫度為1300~1400℃，所述澆鑄或連鑄的澆鑄速度為15~20kg/min。

9、為了進一步提高合金組分均勻性，優(yōu)選地，所述熔煉的溫度為1300~1600℃。

10、為了進一步提高合金的強度和導電性能，優(yōu)選地，所述澆鑄或連鑄完成后得到鑄錠，對鑄錠進行均勻化退火、熱軋、冷變形加工和時效處理。

11、為了進一步使合金的化學成分和組織均勻化，優(yōu)選地，所述均勻化退火是在惰性氣體中900~950℃下均勻化退火處理5~20h。

12、為了進一步提高合金的強度，優(yōu)選地，所述熱軋溫度為800~950℃，所述熱軋的變形量為60~80%。

13、為了進一步提高fe相的彌散強化，優(yōu)選地，所述冷變形加工的變形量為50~98%；在冷變形加工過程中退火1~2次，所述退火的溫度為400~450℃，退火的時間為1~2h。冷變形加工后在基體中形成彌散分布均勻細小的fe纖維相，能夠大幅度提高材料的強度，退火能夠提高fe相的彌散分布均勻性。

14、為了進一步提高合金的強度，優(yōu)選地，所述時效處理的溫度為400~450℃，時效處理的時間為4~20h。

技術特征：

1.一種電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：按設計銅鐵合金的成分組成取相應原料進行熔煉，得到合金熔液；所述合金熔液經(jīng)澆鑄或連鑄制得銅鐵合金鑄坯；所述澆鑄或連鑄包括將合金熔液在電磁攪拌條件下進行冷卻結晶，所述冷卻結晶的冷卻速度為260~450℃/s，所述銅鐵合金的基體為cu，fe的含量為5~20wt%。

2.如權利要求1所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述電磁攪拌時的攪拌電流為5~100a，攪拌頻率為10~200hz。

3.如權利要求1所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述銅鐵合金的成分組成為：fe?5~20wt%、ag?0.2~0.4wt%、mg?0.1~0.3wt%、y?0.05~0.3wt%、cr?0.1~0.5wt%，其余為cu。

4.如權利要求1所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述澆鑄或連鑄時的澆鑄溫度為1300~1400℃，所述澆鑄或連鑄的澆鑄速度為15~20kg/min。

5.如權利要求1所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為1300~1600℃。

6.如權利要求1所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述澆鑄或連鑄完成后得到鑄錠，對鑄錠進行均勻化退火、熱軋、冷變形加工和時效處理。

7.如權利要求6所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述均勻化退火是在惰性氣體中900~950℃下均勻化退火處理5~20h。

8.如權利要求6所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述熱軋溫度為800~950℃，所述熱軋的變形量為60~80%。

9.如權利要求6所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述冷變形加工的變形量為50~98%；在冷變形加工過程中退火1~2次，所述退火的溫度為400~450℃，退火的時間為1~2h。

10.如權利要求6所述的電磁輔助制備銅鐵合金的方法，其特征在于，所述時效處理的溫度為400~450℃，時效處理的時間為4~20h。

技術總結
本發(fā)明屬于合金制備技術領域，具體涉及一種電磁輔助制備銅鐵合金的方法。本發(fā)明提供的磁輔助制備銅鐵合金的方法包括以下步驟：按設計銅鐵合金的成分組成取相應原料進行熔煉，得到合金熔液；所述合金熔液經(jīng)澆鑄或連鑄制得銅鐵合金鑄坯；所述澆鑄或連鑄包括將合金熔液在電磁攪拌條件下進行冷卻結晶，所述冷卻結晶的冷卻速度為260~450℃/s，所述銅鐵合金的基體為Cu，F(xiàn)e的含量為5~20wt%。通過在澆鑄或連鑄過程中進行電磁攪拌并控制冷卻速度，兩者耦合作用，能夠促進Fe相均勻分布，顯著改善宏觀偏析，同時控制冷卻速度，解決液?液相分離造成的初生Fe枝晶粗大、偏析嚴重問題，提高銅鐵合金的強度、導電性和電磁屏蔽性能。

技術研發(fā)人員：馮江,張彥敏,宋克興,周延軍,楊冉,柳亞輝,劉海濤,皇濤,張學賓,李韶林,國秀花,劉飛躍
受保護的技術使用者：河南科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19