專(zhuān)利名稱(chēng)：：纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種銅基合金及其制備技術(shù)。尤其是涉及一種含稀土元素的納米纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe合金及其制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)導(dǎo)電材料性能的要求越來(lái)越高。例如，高科技領(lǐng)域中強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用的導(dǎo)體線(xiàn)圈及大規(guī)模集成電路的引線(xiàn)框架，要求能夠承受極高載荷的同時(shí)仍具有良好的導(dǎo)電性。常規(guī)導(dǎo)體材料已不能勝任這種苛刻的工作條件，必須要求有更高強(qiáng)度同時(shí)兼有良好導(dǎo)電性能的導(dǎo)體材料來(lái)滿(mǎn)足此類(lèi)科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
的發(fā)展需要。導(dǎo)體材料的強(qiáng)度與導(dǎo)電性一般呈反函數(shù)關(guān)系，即提高強(qiáng)度往往以嚴(yán)重?fù)p失導(dǎo)電性為代價(jià)。因此，努力使材料保持高導(dǎo)電性或能夠顯著地改善強(qiáng)度但僅少量犧牲導(dǎo)電性，是目前研制新型導(dǎo)體材料的焦點(diǎn)。通過(guò)在Cu基體中加入互不相溶的合金元素，并通過(guò)強(qiáng)烈應(yīng)變方法制備的纖維相復(fù)合強(qiáng)化銅合金，目前被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高強(qiáng)高導(dǎo)材料，目前已研制出較之常規(guī)材料有更為優(yōu)良性能的導(dǎo)體線(xiàn)材。在這類(lèi)材料中，Cu-Ag及Cu-Nb等合金具有較佳的強(qiáng)度與導(dǎo)電性匹配關(guān)系，因而已在國(guó)內(nèi)外受到足夠重視。然而，這些材料消耗貴金屬資源較多，大幅度增加了材料成本，應(yīng)用受到較大限制。相對(duì)而言，Cu-Fe合金成本較低，應(yīng)用前景廣闊，但強(qiáng)度和導(dǎo)電性能匹配水平有限，應(yīng)變纖維化加工過(guò)程比較困難，需要進(jìn)一步改善和提高。稀土元素在Cu合金中具有有利的合金化效果，可以通過(guò)添加稀土元素改善合金的組織和性能。專(zhuān)利ZL02110785.8發(fā)明了一種纖維復(fù)相強(qiáng)化的稀土Cu-Ag合金，通過(guò)在合金中添加(0.14~0.20)%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)的稀土元素，經(jīng)拉拔變形及中間熱處理后形成纖維復(fù)合組織，使得合金在含Ag量減少的情況下仍能達(dá)到含Ag量較高的合金性能水平。專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00510026596.3)公布了一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Fe-Ag納米原位復(fù)合材料的制備方法，采用超聲振蕩凝固、變形加工、固溶及分級(jí)時(shí)效等制備方法造成合金組織中納米纖維和析出粒子強(qiáng)化相的合理分布，以保證合金性能。這兩種合金雖然均具有纖維復(fù)合組織和良好的性能水平，但仍含有高達(dá)約6X的Ag,且加工過(guò)程也比較復(fù)雜。專(zhuān)利ZL03114720.8發(fā)明了一種Cu基高強(qiáng)高導(dǎo)材料及其制備工藝，合金中添加了(0.022.0)%Fe，(0.010.1)%P,(0.001~0.1)%B及(0,001~1.0)%稀土或稀土混合物，綜合利用金屬熔體凈化、細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)獲得良好性能。美國(guó)專(zhuān)利US6506269發(fā)明了一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-(Ni,Co，F(xiàn)e)-Si合金及其制備方法，合金中含(0.5~2.5)%Ni，(0.5~2.5)%Co，(0.50.8)。/。Si及(0.050.15)%(Mg+P)，通過(guò)時(shí)效和冷軋可以達(dá)到高于65%IACS的電導(dǎo)率及高于600MPa的抗拉強(qiáng)度，專(zhuān)用于引線(xiàn)框架。美國(guó)專(zhuān)利US5215711發(fā)明了一種時(shí)效硬化型Cu-(0.0110)。/。Fe合金，其中另含(l2.5)。/。Ni，(0.017)%Si，(0.017)%Ti及(0.001l)y。B。然而，這些合金主要依靠鍛造及軋制成形而不能形成具有線(xiàn)件納米纖維復(fù)合特點(diǎn)的組織，合金元素成分及制備過(guò)程也比較復(fù)雜。美國(guó)專(zhuān)利US5043025發(fā)明了一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Fe復(fù)合材料，依靠Cu及約15^Fe兩種粉末的混合、預(yù)壓實(shí)(冷、熱等靜壓或熱擠壓)、氫還原處理及壓力加工(模鍛、軋制或拉拔)等工藝過(guò)程制成纖維復(fù)合強(qiáng)化的合金材料，其特點(diǎn)在于能夠控制復(fù)合過(guò)程的溫度和時(shí)間防止Fe溶質(zhì)原子溶入Cu基體，以避免損害導(dǎo)電性能。這種材料需要利用惰性氣體制粉，防止粉體顆粒表面氧化及污染以及顆粒尺寸控制等工藝環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，工業(yè)生產(chǎn)比較困難，成本較高。一些已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文中涉及了纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe合金及其制備技術(shù)，與本發(fā)明較為相關(guān)的有Yamaguchi等(Metall.Trans.,1971，2:1293);Verhoeven等(丄Mater.Sci.，1989，24:1748);Jerman等(Metall.Trans.1993,24A:35);Spitzig等(J.Mater.Sci.，1992,27:2005);Biselli等(ActaMater.，1996，44:493);Song等(J.Mater.Proc.Technl.,2001，113:610;J.AlloysComp.,2005，388:69;J.AlloysComp.,2000,311:265);Hong等(Scr.Mater.，2001，45:1295;Metall.Mater-Trans.,2001，32A:985);葛繼平等(大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,24:71;材料熱處理學(xué)報(bào),2005,26:14);高海燕等(復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2006,23:120)。然而，這些論文所研究的合金均未包含稀土元素的合金化及含稀土元素Cu-Fe纖維復(fù)合組織的制備技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)
背景技術(shù)：
的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金及其制備方法，通過(guò)對(duì)Cu-Fe合金添加一定含量的混合稀土元素進(jìn)行微合金化，細(xì)化初始組織，采用拉拔變形及中間熱處理等工藝，得到具有納米復(fù)相纖維強(qiáng)化特點(diǎn)的組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是一、一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金各組分的質(zhì)量百分比為3%~10°/。Fe，0.03%~0.3°/?；旌舷⊥粒溆酁镃u。所述的混合稀土中各組分的質(zhì)量百分比為50%Ce,16%Nd，8%Pr，其余為L(zhǎng)a。二、一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金的制備方法，該方法的步驟如下(1)將電解銅、工業(yè)純鐵置于殘余氣體壓力低于O.lPa的真空感應(yīng)爐中熔化;(2)溶液靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar，加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌均勻后澆注成錠；(3)將鑄錠在室溫下多道次拉拔，在拉拔過(guò)程中采用三次中間熱處理，最終變形程度為//=8.0。所述步驟(2)中，在加入混合稀土元素前爐內(nèi)充Ar壓力為3050kPa。所述步驟(3)的拉拔變形過(guò)程中，當(dāng)變形程度//<3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度7<0.100.15;當(dāng)變形程度//^3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度//<0.080.11。所述步驟(3)的三次中間熱處理工藝為當(dāng)w二1.0時(shí)在440。C退火2h，當(dāng)//=2.0時(shí)在380°C退火4h，當(dāng)7=3.0時(shí)在360°C退火4h。本發(fā)明具有的有益效果(1)不含昂貴合金元素，合金成分相對(duì)簡(jiǎn)單，可降低材料成本，利于生產(chǎn)；(2)僅需拉拔及中間熱處理過(guò)程即可形成納米纖維復(fù)合組織，無(wú)需制粉、熱等靜壓及熱加工預(yù)變形等環(huán)節(jié)，加工工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)化；(3)用稀土微合金化方法有效地細(xì)化了原始組織，在降低材料成本及簡(jiǎn)化加工工藝的條件下，使材料性能仍然保持在較高水平。具體實(shí)施例方式將給定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比的3%工業(yè)純鐵、0.03%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至30kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑①25.0mm的柱狀鑄錠；車(chē)削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當(dāng)變形程度^<3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度^<0.15;當(dāng)變形程度7^3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度w<0.11;拉拔過(guò)程中進(jìn)行3次中間熱處理當(dāng)v=1.0時(shí)在440。C退火2h;當(dāng)//=2.0時(shí)在38(TC退火4h;當(dāng)？/=3.0時(shí)在360°(:退火411。最終變形程度為？7=8.0。實(shí)施例2:將給定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比的6%工業(yè)純鐵、0.1%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至40kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑O25.0mm的柱狀鑄錠；車(chē)削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當(dāng)變形程度^/<3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度//<0.12;當(dāng)變形程度^^3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度w<0.09;拉拔過(guò)程中進(jìn)行3次中間熱處理當(dāng)w=1.0時(shí)在440°C退火2h;當(dāng)w=2.0時(shí)在380。C退火4h;當(dāng)？/:3.0時(shí)在360。C退火4h。最終變形程度為^=8.0。實(shí)施例3:將給定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比的10%工業(yè)純鐵、0.3%混合稀土、其余為電解銅原材料酸洗并充分清洗后烘干；將Cu、Fe置于真空感應(yīng)爐中，在低于0.1Pa大氣壓下熔化靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar至50kPa，經(jīng)電磁攪拌均勻再加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌后靜置23min澆注成直徑O25.0mm的柱狀鑄錠；車(chē)削加工去除表面缺陷后在室溫下多道次拉拔，當(dāng)變形程度//<3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度7<0.10;當(dāng)變形程度;/^3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度w<0.08;拉拔過(guò)程中進(jìn)行3次中間熱處理當(dāng)w=1.0時(shí)在440。C退火2h;當(dāng)//=2.0時(shí)在380。C退火4h;當(dāng)/7二3.0時(shí)在360。C退火4h。最終變形程度為w=8.0。三個(gè)實(shí)施例的具體數(shù)值見(jiàn)下面的表1所示。表1本發(fā)明合金的成分、組織及性能實(shí)例實(shí)施例<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1可以看出，用稀土微合金化方法有效地細(xì)化了原始組織，在降低材料成本及簡(jiǎn)化加工工藝的條件下，使材料性能仍然保持在較高水平。權(quán)利要求1、一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金，其特征在于各組分的質(zhì)量百分比為3％～10％Fe，0.03％～0.3％混合稀土，其余為Cu。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金，其特征在于:所述的混合稀土中各組分的質(zhì)量百分比為50%Ce，16%Nd，8%Pr,其余為L(zhǎng)a。3、用于權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下(1)將電解銅、工業(yè)純鐵置于殘余氣體壓力低于O.lPa的真空感應(yīng)爐中熔化;(2)溶液靜置除氣后向爐內(nèi)充Ar，加入混合稀土元素，熔化并電磁攪拌均勻后澆注成錠；(3)將鑄錠在室溫下多道次拉拔，在拉拔過(guò)程中采用三次中間熱處理，最終變形程度為//=8.0。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，在加入混合稀土元素前爐內(nèi)充Ar壓力為3050kPa。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金的制備方法，其特征在于所述步驟(3)的拉拔變形過(guò)程中，當(dāng)變形程度;/<3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度/7<0.100.15;當(dāng)變形程度"》3.0時(shí)，拉拔道次平均變形程度^<0.080.11。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金及其制備技術(shù)，其特征在于:所述步驟(3)的三次中間熱處理工藝為當(dāng)//=1.0時(shí)在440°C退火2h，當(dāng)w=2.0時(shí)在380°C退火4h，當(dāng)//=3.0時(shí)在360°C退火4h。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Fe-RE合金及其制備方法。材料化學(xué)成分為3％～10％Fe，0.03％～0.3％混合稀土，其余為Cu。先將Cu、Fe在低于0.1Pa殘余氣體壓力的真空感應(yīng)爐中熔化，充Ar至30～50KPa加入稀土元素熔化后澆注成錠，控制拉拔變形程度進(jìn)行多道次室溫拉拔，拉拔過(guò)程中進(jìn)行三次中間熱處理，當(dāng)變形程度η＝8.0時(shí)合金具有雙相纖維復(fù)合強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)。采用本方法制備的納米纖維復(fù)合強(qiáng)化合金不含昂貴合金元素，具有稀土微合金化方法有效細(xì)化原始組織的特點(diǎn)，在降低材料成本及簡(jiǎn)化加工工藝的條件下，材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能仍然能夠保持在較高水平。文檔編號(hào)B22D21/00GK101104896SQ20071007039公開(kāi)日2008年1月16日申請(qǐng)日期2007年7月30日優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日發(fā)明者亮孟,武志瑋申請(qǐng)人:浙江大學(xué)