[发明专利]铜-钢纤维铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高导电率铜基材料，具体涉及铜-钢纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

铜因具有优异的导电、导热、耐腐蚀性而被广泛应用于社会生产的各个领域。但纯铜强度、硬度较低，即便是通过加工硬化，强度和硬度仍不能满足人们的使用要求。随着科学技术的高速发展，对导电材料的高强度和高导电性能也提出了越来越高的要求，因此开发新的高强高导铜合金材料成为目前铜合金领域的研究热点之一。

纤维增强法是指人为地在铜基体中加入定向排列的纤维或采用一定的工艺在铜基体中原位生成第二相纤维，纤维作为主要的承载体，而基体则是传递载荷的媒介。该方法可保持较高的导电率和强度综合匹配，同时制备方法简单，已成为高导电铜基材料的一个重要研究方向。

目前外加增强纤维的铜基复合材料研究主要有铜-银、铜-铌、铜-铬等纤维复合，由于界面强度低，材料的强度受到一定影响。共晶合金的定向凝固可用于制备原位生长铜基复合材料，但由于凝固条件苛刻，制备工艺难以控制，而且适合的合金系十分有限，相关的研究仍处于初始阶段。与铜-银、铜-铌、铜-铬等纤维复合和定向凝固法相比，铜-钢纤维复合材料成本低廉，同时还有更突出的优点：①熔炼过程中只需熔化铜，钢丝按固定方向排列于模具中即可，熔炼工艺简单；②可通过使用镀铜钢丝的方法改善铜-钢丝界面结合强度。③可通过调整钢的质量百分数以及对冷拉拔过程中的铜-钢纤维铜基复合材料进行热处理，获得宽范围的强度与导电率配合。因此，在工业规模制备和应用范围方面，铜-钢复合材料具有很大潜力。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种铜-钢复合材料及其制备方法，同时提供了通过热处理获得导电率与强度匹配的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种铜-钢纤维铜基复合材料，材料中Cu的含量为60-96％wt，其余为钢丝，在多道次冷拉拔后，钢丝在拉拔过程中沿形变方向产生与基体匹配的变形直至成为纤维状结构。

一种铜-钢纤维铜基复合材料的制备方法，将钢丝按同一方向排列后置于铸模中，电解纯Cu在中频感应炉中加热熔化后，在1200-1300℃浇铸至预置有钢丝的铸模中成锭；铸锭在800-850℃下，沿钢丝排放的垂直方向进行热锻成棒坯，随后在室温下沿钢丝排放方向进行多道次冷拉拔，直至所需直径。

有益效果：1、本发明的铜-钢复合材料中的钢丝沿形变方向产生与基体匹配的变形直至成为细小纤维状结构，保持了较高的导电率，同时材料的强度显著升高。

2、材料的强度随冷拉拔程度的增加显著增加；

3、在冷拉拔过程中，选择不同变形率的铜-钢纤维铜基复合材料在350℃进行多次退火处理可获得所需导电率与强度匹配。

附图说明

图1冷拉拔后的铜-钢复合材料纵截面金相组织图，图中横向排列的丝状物为纤维状结构的钢丝。

具体实施方式

表1中列出了材料成分：

表1表中各成份含量以质量百分比计

制备上述两种材料的原材料采用了高纯度(99.98％)的标准阴极铜、直径为1.5mm的45#钢丝。钢丝按固定方向排列后置于铸模中，Cu在ZG101-10B型真空中频感应电炉中熔炼，加热熔化后至1300℃于铸模中浇铸成锭；铸锭在800-850℃进行热锻成棒坯，随后进行持续冷拉拔。在冷拉拔过程中，选择不同变形率的铜-钢纤维铜基复合材料在350℃进多次中间退火处理以获得所需导电率与强度匹配。

相关性能列于表2中：

表2

由上表和图1可知，本发明的铜-钢丝复合材料中的钢丝沿形变方向产生与基体匹配的变形直至成为细小纤维状结构，保持了较高的导电率，同时材料的强度显著升高。材料的强度随冷拉拔程度的增加而增加；在冷拉拔过程中，选择不同变形率的铜-钢纤维铜基复合材料在350℃进行多次中间退火处理，可获得更广的导电率与强度匹配。

实施例1

一种铜-钢纤维铜基复合材料，材料中Cu的含量为60-96％wt，其余为钢丝，在多道次冷拉拔后，钢丝在拉拔过程中沿形变方向产生与基体匹配的变形直至成为纤维状结构，在本实施例中，Cu的含量选择为60％wt、86％wt或96％wt，其余为钢丝，本实施例可以进行单道次变形量为10％的50道次拉拔得到最细为0.3mm的拉拔直径。

实施例2