[发明专利]一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金的制备方法，特别涉及一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法。

背景技术

高强度高导电率Cu-Fe合金主要用作接触线、集成电路引线框架材料、高脉冲磁体线圈导线、触头材料等，是一种重要的结构功能材料。但此类Cu-Fe合金在合金化和加工过程中，通常随强度的增加导电性会显著下降，因此，制备强度与导电率匹配良好的Cu-Fe合金一直是研究的难点。

近年来，随着磁场技术的飞速发展，磁场的强磁化和强洛伦兹力特性已被广泛应用于材料的凝固及热处理工艺中，产生微重力环境，控制合金组织的取向排列，以优化材料的组织与性能。金属凝固时施加不同类型的磁场，可以实现对金属熔体不同的控制作用。施加交变磁场可以促进液态金属的流动行为，有利于熔体的均匀分布；施加稳恒磁场可以稳定液态金属凝固时的熔体对流、溶质分布以及凝固界面前沿稳定性，更有利于晶体的取向排列。中国发明专利申请，专利号为CN 201010114104.7中，提供了一种在凝固阶段施加交流磁场，细化Fe枝晶，减小Fe偏析，实现Cu-Fe形变原位复合材料凝固的控制，但交流磁场不利于晶体的取向排列。同时，稳恒磁场也可以应用到合金材料的多种热处理阶段，以实现不同热处理的调控目的。前面提及的发明专利提供了在材料的固溶时效处理中利用稳恒磁场，控制固溶原子的溶解与析出行为，制备的合金抗拉强度为710~950MPa，导电率为54~60%IACS（IACS：国际退火铜标准）。但已有文献中并没有涉及稳恒磁场和梯度磁场在Cu-Fe合金的均匀化、退火等热处理工艺的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的问题，提出一种Cu-Fe合金的制备方法，以获得高强度高导电率的Cu-Fe合金。

实现本发明目的的技术方案是：提供一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法，按如下步骤进行：

(1)制备铸态Cu-Fe母合金：以电解铜和工业纯铁为原料，采用真空感应熔炼或真空电弧熔炼制备铸态Cu-Fe母合金；

(2)稳恒磁场作用下Cu-Fe合金的凝固：将上述铸态Cu-Fe母合金置于0.1 ~ 20 T稳恒磁场中，加热至1300~1500℃，保温20~60分钟，然后以5~100℃/min的速率冷却至室温，得到Cu-Fe合金；

(3)稳恒磁场作用下合金的均匀化处理：将步骤(2)制备的Cu-Fe合金进行750～1000℃，保温0.5～24小时，0.1 ~ 20 T的稳恒磁场均匀化处理；

(4)热锻：将步骤(3)处理后的Cu-Fe合金，在650～750℃下进行总减面率为0.3～0.8的热锻；

(5)拉拔：将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金进行总减面率为0.3～0.7的室温拉拔，获得Cu-Fe合金线；

(6)稳恒磁场下合金的退火处理：将步骤(5)拉拔后获得的Cu-Fe合金线，置于0.1～20 T的稳恒磁场中进行400～550℃，保温0.5～24小时，缓慢冷却到室温的退火处理；

(7)再拉拔：将步骤(6)热处理后的Cu-Fe合金线，在室温下进行总减面率为0.2～0.5的室温再拉拔；

(8)重复形变磁场热处理：重复步骤(6)和(7)的形变磁场热处理0~3次，得到0.1mm～5.0 mm的Cu-Fe合金线；

(9)梯度磁场作用下合金的退火处理：将步骤(8)得到的Cu-Fe合金线，在磁感应强度为0.1 ~ 20 T，磁感应强度梯度为-200 T/m ~ 200 T/m的梯度磁场下进行300~450℃，保温1~48小时，缓慢冷却到室温的退火处理，得到最终产品。

本发明涉及步骤(1)中的铸态Cu-Fe母合金的组成为：Fe含量按重量百分比为8%~25%，余量为Cu。

利用本发明制备的Cu-Fe合金导电率为56~78 %IACS、抗拉强度为750~1450 MPa。

本发明的有益效果是：

(1)通过在Cu-Fe合金的凝固过程中施加稳恒磁场，可以控制熔体对流、溶质分布以及凝固界面前沿稳定性，达到细化Fe枝晶、促进Fe枝晶的取向排列的效果；

(2)通过在Cu-Fe合金热锻前施加稳恒磁场均匀化处理，可以加速非平衡凝固组织在基体中分布趋于均匀，过饱和固溶元素从固溶体中析出，达到消除铸造应力，提高塑性，减小变形抗力的目的；

(3)通过在形变Cu-Fe合金制备过程中施加稳恒磁场退火处理，可以降低高温下Fe在Cu中的固溶度，有效促进低温下Fe从Cu中的析出，减少杂质散射，达到增加复合材料导电率的目的；