[发明专利]一种高强高导粉末冶金铜铁合金的制备方法

说明书

本发明涉及粉末冶金领域，提供了一种高强高导粉末冶金铜铁合金的制备方法。工艺步骤包括将雾化铜铁合金粉和铜磷合金粉混合，通过冷等静压、真空烧结及随后的变形加工制备板带及棒丝状铜铁合金。本发明目的在于提供一种制备低氧含量、晶粒细小、铁相细小且分布均匀同时具备良好加工性能的高强高导粉末冶金铜铁合金，以解决传统熔炼法制备铜铁合金成分偏析、晶粒粗大、加工性能差，以及传统粉末冶金铜铁合金氧含量高、烧结温度高及固溶的铁相难以析出等问题。本发明技术易于实现大规模工业化生产，在5G通信、3C电子产品及轨道交通等领域具有重要应用前景。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种采用粉末冶金工艺制备高强度、高导电的铜铁合金的方法。

背景技术

近年来，随着电子通讯、轨道交通及汽车工业的迅猛发展，要求导电材料需要更高的强度和导电性能。铜基合金由于具有高导电、高导热性能，在上述领域得到广泛应用。其中，铜铁合金兼具高强度、高导电且具有优异的电磁波屏蔽性，原料成本低，环境友好无污染，引起了人们极大的兴趣。

目前，制备铜铁合金的主要方法为传统熔炼法，即将铜和铁升温熔化成混合液，浇注凝固得到铜铁合金，随后进行压力加工得到板材和线材。但由于铜和铁的性质差异较大，两相具有较大的正焓，在冷却过程中存在液相难混溶间隙，熔铸过程中铜和铁两相发生分离，形成的铁相树枝晶粗大，成分偏析严重，很容易形成分层组织，导致强度和导电率较低，且铁含量越高制备难度越大。

专利申请号202010688379.5、202010589674.5公开了一种熔炼法结合随后的挤压拉拔制备高强高导铜铁合金丝的制备方法，该制备方法晶粒粗大，铁相尺寸较大，分布不均，拉拔过程容易拉断，可拉拔的极限直径大。专利申请号202010406862.X公开了一种粉末冶金法结合随后变形加工制备铜铁合金的制备方法，该方法制备的铜铁合金氧含量较高，烧结温度较高，固溶在基体的铁很难析出从而降低导电率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备低氧含量、晶粒细小、铁相分布均匀细小同时具备良好加工性能的高强高导粉末冶金铜铁合金，以解决传统熔炼法制备铜铁合金成分偏析、晶粒粗大、加工性能差，以及传统粉末冶金铜铁合金氧含量高、烧结温度高及固溶的铁相难以析出等问题。

本发明的技术原理为：以铜铁合金粉为原料，添加一定量的磷，混料得到混合粉末后，进行冷等静压成形和真空烧结得到致密锭坯，随后进行变形加工得到棒丝材和板带材。由于铜铁合金制备过程无固液相变，磷的存在不会在晶界偏聚导致晶间脆性。磷的添加起到脱氧和将固溶的铁转化成铁磷化合物析出的作用，同时降低烧结温度，促进烧结，从而提高铜铁合金的强度和导电性。

为实现本发明的技术方案，具体制备工艺包括以下步骤：

(1)粉末原料准备：将铜铁合金粉和含磷粉末混合，铁的质量分数为5％～50％，磷在混合粉中的质量分数为0.1％～1％，按比例配好放入混料机中进行混料，制备出均匀的混合粉末。

(2)冷等静压成形：将步骤(1)得到的混合粉末装入弹性胶质包套，放入冷等静压机中进行压制成形，得到冷等静压生坯。

(3)真空烧结：将步骤(2)得到的生坯放置在真空烧结炉内进行真空烧结，炉膛内同时放置盛有纯钛粉的坩埚，起到吸氧的作用，得到铜铁合金的烧结锭坯。

(4)变形加工及热处理：将步骤(3)得到的烧结锭坯进行热挤压—拉拔或热轧—冷轧得到棒丝材或板带材，根据不同使用需求状态进行热处理。

优选的是，步骤(1)所述的铜铁合金粉可选用水雾化合金粉、气雾化合金粉、水气联合雾化合金粉和机械合金化合金粉中的一种或几种，平均粒径为2～100μm；含磷粉末可选用铜磷合金粉、铁磷合金粉和单质磷粉中的一种或几种，平均粒径为10～50μm。

优选的是，步骤(2)所述的冷等静压成形压制压力为100～400MPa，保压时间为10～300s。