[发明专利]一种超高强、高导、耐热、电磁屏蔽Cu-Fe-Mg-RE合金的制备方法

说明书

本发明提供了一种超高强、高导、耐热、电磁屏蔽Cu‑Fe‑Mg‑RE合金的制备方法，所述Cu‑Fe‑Mg‑RE合金由以下成分组成：Fe：5‑12wt％，Mg：0.05‑0.5wt％，RE：0‑0.1wt％，Cu：余量，其中RE为Ce、La和Y中的一种或者多种的组合，所述制备方法包括抽真空、充氮气、熔炼、倒液、保温和牵引。其中，Mg的添加有效抑制了Fe相的偏析，细化了Fe相，促进了纳米Fe相的析出；RE的添加起到净化基体、除杂和细化晶粒的作用。本发明的制备的Cu‑Fe‑Mg‑RE合金中Cu晶粒细小(200～300nm)，Fe纤维分布均匀，其抗拉强度、导电率和高温抗软化能力分别达到1000～1600MPa，62～70％IACS，500～580℃，在30MHz到4GHz范围内的电磁屏蔽性能达到85～120dB。

技术领域

本发明属于冶金领域，具体而言，涉及一种超高强、高导、耐热、电磁屏蔽Cu-Fe-Mg-RE合金的制备工艺

背景技术

Cu-Fe合金具有优异的力学性能、良好的导电率和电磁屏蔽性能，在电子和工业领域具有广泛的应用前景，如5G手机用屏蔽罩、LED用背板、医用屏蔽室等，且其价格低廉，原材料丰富，具有广泛的市场附加值。由于Cu-Fe合金是一种典型的亚稳态不混溶合金，在铸造过程中，高Fe含量的Cu-Fe合金熔体易发生Cu/Fe液相分离，导致Fe相偏析、颗粒粗大、分布不均匀。然而，对于一些高活性元素，如RE、Mg、Zr、Cr等，在大气环境下熔炼时易烧损和氧化，难以获得成分均匀的合金铸坯。而惰性气体环境下熔炼和铸造能有效减小活性金属的烧损率，确保合金铸锭成分稳定。

另外，大塑性变形后，Fe相纤维化，且随着变形量的增加，Fe纤维长径比增大、纤维间距减小，其纤维强化效果和对电磁波的反射损失效果增强。然而，粗大的Fe相具有更大的变形抗力，导致其纤维化程度降低，且Fe原子在Cu基体中的扩散速率极低，对合金的导电性能影响极大。因此，抑制Fe向偏析，优化Fe相分布和促进Fe相析出是获得高性能Cu-Fe合金的关键因素。而高温下，Fe相发生软化，因此，热轧能增大Fe相的纤维化程度，进而增大合金的纤维强化效果。

改善铸造方式、铸造条件和添加变质剂能显著改善Cu-Fe系合金铸锭品质，优化Fe相分布、抑制Fe相偏析的，对推动Cu-Fe系合金材料的成材和使用具有重大经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高强、高导、耐热、电磁屏蔽Cu-Fe-Mg-RE合金的制备方法，解决了其耐高温能力差、力学性能和电磁屏蔽性能偏低的难题。真空水平连续铸造制备合金既能减小Mg、RE元素的烧损率，又能实现大批量连续化制备。Mg元素具有抑制Fe相偏析、优化Fe相分布和促进Fe相析出的作用，RE元素具有净化基体、除杂和细化Fe相的作用。

本发明提供一种超高强、高导、耐热、电磁屏蔽Cu-Fe-Mg-RE合金的制备方法，其特征在于：Cu-Fe-Mg-RE合金由以下成分组成：Fe：5-12wt％，Mg：0.05-0.5wt％，RE：0-0.1wt％，Cu：余量，其中RE为Ce、La和Y中的一种或者多种的组合，所述制备方法包括如下步骤：

1)按配比配料，其中原材料铁、镁和铜的纯度均不小于99.95wt.％，RE以Cu-Re中间母合金形式加入；

2)氮气保护，将配好的原材料一起放入熔炼坩埚内，抽真空至10^-1Pa以下，充入纯度为99.99％的氮气至常压洗炉，再次抽真空至10^-1Pa以下，充入氮气至压力为8×10⁴Pa以下后加热熔炼；

3)铜液熔化后，继续升温至1350-1450℃并保温，通过溢流通道将其倒入保温炉内，调节温度至1280-1340℃后牵引。

在本发明的一个优选实施方式中，所述Fe的含量为6-8wt％；特别优选为7wt％。本发明通过控制Fe的含量，有助于进一步提高电导率。