一种铜铁中间合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜铁中间合金及其制备方法和应用，属于有色金属合金技术领域。该中间合金化学成分为(wt.％)：Fe 45～60％，Ni 0.20～0.35％，RE>0，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce；该合金制备过程为：原料准备→配料→真空熔炼→母料成分分析→铸锭铣面→热轧→酸洗、水洗→剪切(剪切成长条状备用)。所制备的铜铁中间合金化学成分稳定，铸锭上、中、下成分均匀；Fe元素在中间合金中的分布均匀、不偏析；其为后续生产Cu‐Fe系列铜铁合金的基础。

【技术实现步骤摘要】
一种铜铁中间合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及有色金属合金
，具体涉及一种铜铁中间合金及其制备方法和应用，所制备的中间合金用于生产高性能铜铁合金。
技术介绍
金属材料有着广泛的应用范围，但国内外对铜铁合金的报道却极少，由金属材料学的知识可以预测到Cu-Fe合金的一些特点：(1)熔点应高于Cu而低于Fe，若将其用做真空电触头材料来替代Cu合金，则可改善其耐电弧烧蚀能力；(2)纯铜和纯铁都具有良好的延展性，因此Cu-Fe合金应该也具备该性能；(3)用Fe替代部分Cu可以降低Cu材料的成本；(4)具有电磁屏蔽效果。图1所示为Cu-Fe二元合金相图，初级固溶理论认为：两种元素的原子半径及电化学性质越相似，则越容易形成固溶体，但Fe-Cu系却是例外，它们的原子半径几乎相等，化学亲和力或电负性以及其他化学性质都很类似，但在熔点以下的溶解度却很小，室温时几乎完全不互溶，300℃时溶解度仍然为零，1094℃时溶解度也只有5％左右。有研究者采用液态急冷法和热蒸发法，固溶度最多扩展到8％左右。Fe在Cu中的极低固溶度，严重限制了Cu-Fe合金的应用研究。合金在冶炼过程中，一些元素是以中间合金的方式加入。利用中间合金加入的方式，一方面可以减少合金元素的熔炼损耗，从而实现对合金化学成分的精确控制；另一方面，在降低熔炼温度的同时也缩短了熔炼时间，有利于提高熔炼设备的寿命，且节约能源。另有研究表明，中间合金的组成、结构等因素也会对所制备合金的性能产生重要影响。因此，通过在生产Cu-Fe二元合金过程中采用特定的中间合金母料，以期改变所制备Cu-Fe二元合金的固溶性，优化其性能及拓展应用范围，成为一种新的研究思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜铁中间合金及其制备方法和应用，所制备的铜铁中间合金中Fe元素含量为45～60wt％，合金成分均匀，采用该中间合金为母料制备CuFe系列合金，合金中Fe含量高，且分布均匀、不偏析。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种铜铁中间合金，按重量百分含量计，该中间合金化学成分为：Fe45～60％，Ni0.20～0.35％，RE>0，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce。该中间合金优选的化学成分为：Fe48～52％，Ni0.20～0.30％，La<0.02％，Ce<0.04％，Cu为余量。具有上述化学成分的铜铁中间合金，按照如下步骤进行制备：(1)原料准备：按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Fe45～60％，Ni0.20～0.35％，RE0.05～0.1％，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce；优选的原料配比为：Fe48～52％，Ni0.25～0.30％，La0.02～0.025％，Ce0.04～0.045％，Cu为余量。(2)真空感应熔炼：按照原料中各元素比例配料，然后进行真空感应熔炼，熔炼过程中，真空度≤8Pa，精炼温度控制在1300～1550℃；浇铸获得合金铸锭；熔炼过程具体如下：将阴极铜、工业纯铁按配比装入坩埚内，炉内抽真空后送电熔化，1300～1550℃精炼20-30min；加入Ni和CaF后再次精炼20-30min；最后加入La和Ce，40～50秒后开始带电浇铸。(3)铸锭铣面：用立式铣床去除铸锭表面2-3mm厚的表层，其目的是除去杂质含量高的部分，同时利于后续加工；(4)热轧开坯：轧制温度1000～1015℃，保温90～100分钟，轧制6-7个道次，热轧至10～12mm，然后冷加工至5～6mm；(5)热轧开坯后的板材进行清洗，然后剪切成所需规格的条状铜铁中间合金材料。上述步骤(2)中，所述阴极铜、工业纯铁和电解镍表面使用前依次经酸洗、水洗和烘干处理，以保证所有原料清洁；所述酸洗是指：阴极铜采用浓度30vol.％的硫酸清洗，工业纯铁采用浓度30vol.％的盐酸清洗，电解镍采用浓度40vol.％的硝酸清洗。上述步骤(5)中的清洗过程为：先用浓度30vol.％的硫酸洗去板材表面的氧化皮，再用清水将表面的残酸冲洗干净。本专利技术铜铁中间合金用于铜铁系合金材料制备时的母料。本专利技术用于制备Cu-Fe系列合金的铜铁中间合金设计原理如下：1、为生产Cu-Fe系列合金，首先制成CuFe中间合金母料。母料的优点是可降低Cu-Fe系列合金的熔点，减少Fe的氧化和烧损，并通过二次真空重熔，使Cu-Fe系列合金中Fe的分布均匀、不偏析。2、为制成成分均匀的CuFe中间合金母料，同时加入特定配比的稀土元素La(镧)和Ce(铈)。3、稀土元素La和Ce具有净化、去杂作用，并在特定工艺条件下与其他元素协同作用，从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒，减少偏析的产生。本专利技术的优点及有益效果如下：1、本专利技术制备的铜铁中间合金化学成分稳定，铸锭上、中、下成分均匀；2、本专利技术制备的铜铁中间合金中Fe元素分布均匀、不偏析；3、本专利技术制备的铜铁中间合金作为母料为后续生产Cu-Fe系列合金创造了条件。附图说明图1为CuFe二元合金相图。图2为实施例1制备的CuFe中间合金金相微观形貌图。图3为实施例1制备的CuFe合金铸造状态下金相微观形貌图。图4为实施例1制备的CuFe合金锻造状态下金相微观形貌图。图5为实施例1制备的CuFe合金拉伸至Ф8.4mm时金相微观形貌图。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。本专利技术铜铁中间合金作为Cu-Fe系合金制备用的母料，该中间合金的制备过程为该中间合金的制备过程为：原料准备→配料→真空熔炼→母料成分分析→铸锭铣面→热轧→酸洗、水洗→剪切；以下实施例按照如下步骤制备：(1)原料准备原料中各元素配比为(wt.％)：Fe45～60％，Ni0.20～0.35％，RE0.05～0.1％，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce；优选的原料配比为：Fe48～52％，Ni0.25～0.30％，La0.02～0.025％，Ce0.04～0.045％，Cu为余量。(2)配料：按原料中各元素配比准确称重。将阴极铜、工业纯铁、电解镍表面经酸洗、水洗、烘干处理，确保所有原料清洁。酸洗过程为：阴极铜采用浓度30vol.％的硫酸清洗，工业纯铁采用浓度30vol.％的盐酸清洗，电解镍采用浓度40vol.％的硝酸清洗。(3)真空熔炼将阴极铜、工业纯铁装入坩埚内，电解镍和CaF装入加料斗内，稀土元素La和Ce装入加料器内；封炉抽真空，真空度≤8Pa(即6×10-2mmHg)；送电熔化后精炼25min，然后Ni和CaF再次精炼25min，最后加入La和Ce，45秒后开始带电浇铸，获得合金铸锭。真空熔炼采用的真空感应电炉型号：ZG-0.025；精炼温度控制在1300～1550℃。(4)母料成分分析采用氟化氢铵遮蔽Fe，然后用化学滴定检测母料铸锭上、下Cu的含量，精准确定母料中Cu、Fe成分对下一步CuFe系合金的生产十分重要。(5)铸锭铣面用立式铣床去除锭表面杂质含量高的部分(去除2mm厚度表层)，同时利于后续加工。(6)热轧开坯电炉加热：温度1010℃，保温90～100分钟，热轧至12mm，冷加工至5～6mm。所用设备：Φ250×450二辊热轧机。(7)酸洗、水洗：用硫酸(30vol.％)洗去母料表面的氧化皮并用清水将表面的残酸冲洗干净。(8)剪切：将母料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铁中间合金，其特征在于：按重量百分含量计，该中间合金化学成分为：Fe 45～60％，Ni 0.20～0.35％，RE>0，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce。

【技术特征摘要】
1.一种铜铁中间合金的制备方法，其特征在于：按重量百分含量计，所述铜铁中间合金化学成分为：Fe45～60％，Ni0.20～0.35％，RE>0，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce；所述铜铁中间合金的制备方法包括如下步骤：(1)原料准备：按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Fe45～60％，Ni0.20～0.35％，RE0.05～0.1％，Cu为余量；其中：RE为稀土元素La和Ce；(2)真空感应熔炼：按照原料中各元素比例配料，然后进行真空感应熔炼，熔炼过程中，真空度≤8Pa，精炼温度控制在1300～1550℃；浇铸获得合金铸锭；(3)铸锭铣面：用立式铣床去除铸锭表面2-3mm厚的表层，其目的是除去杂质含量高的部分，同时利于后续加工；(4)热轧开坯：轧制温度1000～1015℃，保温90～100分钟，轧制6-7个道次，热轧至10～12mm，然后冷加工至5～6mm；(5)热轧开坯后的板材进行清洗，然后剪切成所需规格的条状铜铁中间合金材料。2.根据权利要求1所述的铜铁中间合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Fe48～52％，Ni0.25～0.30％，La0.02～0.025％，Ce0.04～0.045％，Cu为余量。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连仲，孙海忠，肖凯，薛鑫，
申请(专利权)人：张连仲，
类型：发明
国别省市：辽宁;21