一種利用定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬金屬新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強高導(dǎo)銅合金是具有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于集成電路引線框架、電氣化鐵路接觸導(dǎo)線、高強磁場線圈、電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)線、高壓開關(guān)彈簧片等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對銅及銅合金的性能提出了更高的要求，即材料在保持優(yōu)良導(dǎo)電性能的同時，還要有較高的強度。而銅合金的強度和導(dǎo)電率是一對難以兼顧的矛盾，即強度的提高以損失導(dǎo)電率為代價。目前，銅合金的強化主要通過固溶強化、時效強化、彌散強化和冷作硬化來實現(xiàn)，強化效果較為有限，同時，導(dǎo)電率大大降低。日本采用大變形強化技術(shù)，進行Cr、Nb系銅基復(fù)合材料強化研宄，質(zhì)點的纖維排列不但增加了材料的強度，而且與電流方向一致的纖維對銅的導(dǎo)電率影響較小，材料的抗拉強度得到大幅度提高，而導(dǎo)電率仍保持在80%IACS以上。但是這種方法的纖維強化相是后續(xù)冷變形加工而形成的，纖維不連續(xù)，熱穩(wěn)定差、材料的綜合性能較差。
[0003]采用定向凝固技術(shù)制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料，纖維強化相是在凝固過程中形成的，纖維連續(xù)性好，熱穩(wěn)定高，相界面結(jié)合牢固，材料性能各向異性強等優(yōu)點，制備出的材料具有單晶組織或沿長度方向連續(xù)的柱狀晶組織，良好的塑性加工性能，材料強度大幅度提高的同時，仍具有優(yōu)良的電導(dǎo)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個目的在于提供一種利用定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織，熱穩(wěn)定性高、相界面結(jié)合牢固、強度尚、導(dǎo)電性好等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的第二個目的在于提供一種利用定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料的方法，它解決了常規(guī)方法制備銅合金導(dǎo)線強度和電導(dǎo)率不能兼顧的問題。
[0006]本發(fā)明的第一個目的是這樣實現(xiàn)的:
一種利用定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料，特征是:配方由如下以質(zhì)量百分比計的原料組成:
鐵:3.0?15%，銀:0.01-3.0%，雜質(zhì)總量彡0.1%，余量為銅。
[0007]鐵以純鐵加入，銀以純銀加入，銅以陰極銅加入，三種金屬的純度均大于99.90%ο
[0008]—種利用連續(xù)定向凝固制備高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag形變原位復(fù)合材料的方法，特征是:包括以下步驟:
(I)按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的陰極銅、純鐵、純銀放入中頻感應(yīng)爐中，在 1250~1350°C 熔煉； (2)將熔體溫度降至1200°C，通過連續(xù)定向凝固方法開始進行定向凝固鑄造，定向凝固系統(tǒng)的真空度為0.l~lPa，拉坯速度為10~35mm/min，冷卻水量為100~1000L/h，冷卻水溫為20-250C，制備出直徑8~12mm的Cu-Fe-Ag合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠放入熱處理爐中，在900~1050°C保溫1~3小時，進行固溶處理；
(4)將固溶處理后的合金進行冷拔變形，變形量達(dá)20%以上；
(5)將冷拔后的合金在250~550°C保溫0.5-2小時，隨爐冷卻；
(6)將退火處理后的合金進行冷拔變形，變形量達(dá)20%以上；
(7)將冷拔后的合金在200~500°C，保溫1~8小時，進行時效處理，得到Cu-Fe-Ag復(fù)合材料。
[0009]連續(xù)定向凝固方法為下拉法、水平連鑄法或上引法中的一種。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過定向凝固技術(shù)使初生Fe相呈纖維狀沿長度方向排列，再經(jīng)過熱鍛或熱軋、固溶處理、冷軋、冷拔和時效處理等工藝流程，最后制備出高強高導(dǎo)Cu-Fe-Ag原位復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明采用連續(xù)定向凝固技術(shù)制備的Cu-Fe-Ag復(fù)合材料，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
(O具有單晶組織或沿長度方向連續(xù)的柱狀晶組織，因而具有比相同外徑的普通多晶材料具有更優(yōu)的塑形變形能力、力學(xué)性能和物理性能；
(2)該復(fù)合材料的纖維強化相是在凝固過程中形成的，連續(xù)性好，熱穩(wěn)定高，相界面結(jié)合牢固；
(3)采用連續(xù)定向凝固技術(shù)可實現(xiàn)該類合金大長度線材的生產(chǎn)；
(4)具有很高的強度和良好的導(dǎo)電性:抗拉強度達(dá)到900~300MPa，電導(dǎo)率大于68%IACS，抗拉強度和導(dǎo)電性能得到了顯著提高；
(5)在電子、信息、交通、能源、冶金和機電等線領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，具有良好的經(jīng)濟效益。
[0012]本發(fā)明采用連續(xù)定向凝固技術(shù)制備Cu-Fe-Ag復(fù)合材料的方法簡單、成材率高、具有很好的經(jīng)濟效益，它解決了常規(guī)方法制備銅合金導(dǎo)線強度和電導(dǎo)率不能兼顧的問題。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0014]實施例1:
(1)按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的純鐵3%、純銀0.01%，余量為陰極銅，放入中頻感應(yīng)爐中，在1300°C熔煉；
(2)將熔體溫度降至1200°C，通過連續(xù)定向凝固方法開始進行定向凝固鑄造，定向凝固系統(tǒng)真空度為0.1Pa，拉坯速度為10mm/min，冷卻水量為100L/h，冷卻水溫為22°C，制備出直徑8mm的Cu-Fe-Ag合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠放入熱處理爐中，在950°C保溫2小時，進行固溶處理；
(4)將固溶處理后的合金進行冷拔變形，變形量達(dá)30%;
(5)將冷拔后的合金在300°C保溫I小時，隨爐冷卻；
(6)將退火處理后的合金進行40%的冷拔變形； (7)將冷拔后的合金在400°C，保溫2小時，進行時效處理，得到Cu-Fe-Ag復(fù)合材料。
[0015]制備出的Cu-Fe-Ag復(fù)合材料的抗拉強度910MPa，導(dǎo)電率82%IACS。
[0016]實施例2:
(O按化學(xué)成分要求，將符合配方質(zhì)量百分比的純鐵5%、純銀0.5%，余量為陰極銅，放入中頻感應(yīng)爐中，在1350°C熔煉；
(2)將熔體溫度降至1200°C，通過連續(xù)定向凝固方法開始進行定向凝固鑄造，定向凝固系統(tǒng)真空度為0.2Pa，拉坯速度為15mm/min，冷卻水量為300L/h，冷卻水溫為22°C，制備出直徑1