[发明专利]铜铁合金、铜铁合金微纳米复合多孔材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型的铜铁合金、铜铁合金微纳米复合多孔材料及其制备方法，属于材料科学与工程领域技术领域。本发明所述铜铁合金中含有Cu、Fe和金属M，Cu与Fe原子数量比为25～75:25～75；所述铜铁合金的结构为富Cu骨架包裹富Fe相分离枝晶；所述铜铁合金中金属M的含量为0～60at.％，其余为Cu、Fe和不可避免的杂质；所述金属M为Mn、Cr、或Si中的任意一种。本发明的新型铜铁合金具有二次相分离结构，具有优异的磁学、力学及电学性能。还能够腐蚀得到微米、纳米复合多孔结构的铜铁合金微纳米复合多孔材料，该结构的铜铁合金微纳米复合多孔材料表面浸润性能够通过腐蚀时间进行有效调控。

技术领域

本发明涉及一种新型的铜铁合金、铜铁合金微纳米复合多孔材料及其制备方法，属于材料科学与工程领域技术领域。

背景技术

Cu-Fe二元及三元合金具有较为优异的磁学、力学和电学性能，具有广阔的应用前景。但传统的铸造方法制备的Cu-Fe二元及三元合金因凝固冷速较慢，且受到重力影响，容易产生粗大组织并产生偏析，严重制约了该材料的性能。

铜及铜合金微纳米复合多孔材料由于其具有独特的微米及纳米孔耦合结构，在电学、光学、热学、催化以及传感等方面具有重要应用。探索铜及铜合金微纳米复合多孔结构新的制备方法是纳米材料领域的一项前沿课题，具有重要的应用价值。铜及铜合金微纳米复合多孔材料目前常用的制备方法为多重模板法、腐蚀-沉积-腐蚀、腐蚀-退火-腐蚀等方法。但上述方法均需要使用一次性消耗模板，或者使用复杂的多步制备工艺，制备周期长、成本较高，不利于工业生产应用。此外，上述方法制备得到的铜及铜合金微纳米复合多孔材料中微米孔取向难以调控，进而难以调控其性能。

CN 106048605A公开了一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，该复合材料的特点为：将粒径为20～50μm的专用铜基合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在基材表面制备软磁高导铜基复合材料，其中专用铜基合金粉末的化学成分为：Cu 56.5wt.％，Fe 28.5wt.％，B 5.0wt.％，Si 9.2％与Y₂O₃ 0.8wt.％；铜基复合材料的显微结构为：粒径约为15μm的非晶球状Fe-Si-B颗粒均匀镶嵌于面心立方ε-Cu基体内；获得的最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70％IACS。采用该方法制备的软磁高导铜基复合材料在软磁材料的热释放与铁磁液体等领域具有广阔的应用前景。然而其最大饱和磁化强度低，富Fe相呈球状，不能形成富Fe相分离枝晶，导致进一步腐蚀后也无法得到微纳米复合多孔材料。

谢敏,戴晓琴,赵淑珍,et al.激光熔覆自组装Cu₉₂Fe₈偏晶复合涂层的相分离特征与性能[J].中国激光,2018,v.45；No.499(07):123-129.公开了通过激光熔覆技术制备了自组装Cu₉₂Fe₈偏晶复合涂层,研究了其相分离特征、显微硬度、耐腐蚀和磁学性能。结果表明，球磨后Cu₉₂Fe₈复合粉末的颗粒尺寸减小,且由少量的体心立方α-Fe相与固溶体Cu相组成。在激光熔覆过程中,过冷Cu₉₂Fe₈熔体发生液相分离,球状富铁的α-Fe颗粒均匀分布于富铜的ε-Cu相基体中；自组装Cu₉₂Fe₈偏晶复合涂层的硬度均匀分布且略大于黄铜,耐腐蚀性能略逊于黄铜，但具有较好的软磁性能。然而其球状富铁的α-Fe颗粒均匀分布于富铜的ε-Cu相基体中，也不能形成富Fe相分离枝晶，进一步腐蚀也无法得到微纳米复合多孔材料，此外，其饱和磁化强度也低。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种新的铜铁合金。

为解决本发明的第一个技术问题，所述铜铁合金中含有Cu、Fe和金属M，Cu与Fe原子数量比为25～75:25～75；所述铜铁合金的结构为富Cu骨架包裹富Fe相分离枝晶；