一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金及其制备方法技术

一种具有高软化温度的Cu‑Ni‑Fe合金及其制备方法，其属于铜合金领域。该合金中Cu的原子百分比为40≤Cu≤90 at.%，合金中Ni、Fe的原子百分比比例为1.7

With a Cu Ni Fe alloy and the preparation method of high softening temperature

With a Cu Ni Fe alloy and its preparation method of high softening temperature, which belongs to the field of copper alloy. The atomic percentage of Cu in the alloy is 40 = Cu = 90, at.%, Ni, Fe alloy in atomic percentage ratio of 1.7< Ni/Fe< 5.7. The alloy has the \cubic checkerboard gamma 'phase in FCC gamma phase solid solution characteristics of tissue matrix of coherent precipitation\, it uses the Ni3Fe phase (AuCu3 phase structure of gamma') reinforced Cu alloy, the gamma 'phase in the gamma phase matrix of coherent precipitation can obtain ideal temperature characteristics the softening temperature of the alloy is higher than 923 K, the melting point of the alloy melting point is higher than that of pure Cu 1356 K.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金及其制备方法
本专利技术涉及一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金及其制备方法，其属于铜合金领域。
技术介绍
导电铜合金的一个重大需求，就是具有高的抗蠕变性能，这是因为在瞬间高电流负载情形下，温度往往很高，普通铜合金难以承受。目前应用较广泛的具有高强度、高导电导热性、良好的耐磨抗蚀性和抗高温蠕变等综合性能的是铍青铜，这是一种典型时效强化型Cu合金，但是这种合金含有毒性元素，并且导电性不够好，承温能力还不足。如果能够把镍基高温合金的主要强化方式：立方棋盘状γ'相（AuCu3结构）在面心立方γ相固溶体基体上共格析出，移植到Cu合金，将有助于发展新型耐高温的时效强化Cu合金。由于立方形态需要析出相与基体的精确匹配，目前为止，除Co基高温合金外，其它常用合金体系中尚未发现立方形态强化析出的组织特征，而各种合金往往需要承受高温的载荷和服役环境。Cu和Ni有完全相同的面心立方晶体结构，也存在一批结构类型为AuCu3的γ'有序相，从晶体结构上，将立方形态γ'相与面心立方固溶体基体γ相的特征组织结构从Ni基移植到Cu基上完全可能，所有镍基高温合金的研究结果将都可以作为经验被借鉴。直至目前为止，析出强化的铜合金耐温能力都非常低，例如引线框架Cu-Fe-P合金在加入Re等稀土元素后软化温度才能提高到540°C左右；而用于开关触头的铬锆铜抗高温软化温度也仅可达550°C；用于压铸冲头的铍青铜软化温度也在550°C左右。SungKang等人[1-3]曾经在对Cu-20at.%Ni-5at.%Fe合金的研究中涉及了析出相的形态，如在873K下长时间时效处理得出：当时间为1×103min时，析出形貌为球形，直径在10nm左右；当时间为2×104min时，析出形貌为立方形，尺寸在30~45nm左右，呈线性排列，但仅仅研究了不同温度和时间下析出相对磁性能的影响，并未研究强度及耐温性能。参考文献：[1]KangS,TakedaM,TakeguchiM,etal.Lineararrangementofnano-scalemagneticparticlesformedinCu-Fe-Nialloys[J].JournalofAlloys&Compounds,2010,496(1):196-201.[2]KangS,TakedaM,HiroiZ,etal.Precipitationbehaviorandmagneticpropertiesofnano-scaleparticlesinaCu-Fe-Nialloy[C].MaterialsScienceForum.2010:2342-2345.[3]KangS,BaeDS,TakeguchiM,etal.MicrostructuralevolutionsofaCu75-Fe5-Ni20alloydependingontheisothermalannealingtemperatures[J].Metals&MaterialsInternational,2012,18(3):521-525。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出利用“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”的组织结构来提高Cu的耐温能力，采用具有AuCu3结构的Ni3Fe相作为γ'相，以提升现有Cu合金的耐温性能。本专利技术采用的技术方案为：一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金，该合金中Cu的原子百分比为40≤Cu≤90at.%，合金中Ni、Fe的原子百分比比例为1.7<Ni/Fe<5.7；该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”的特征组织，该合金的软化温度始终高于923K，合金的熔点高于纯Cu的熔点1356K。一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金的制备方法：（1）按照成分合金所需的Cu、Ni、Fe原子比换算成重量百分比，使用4N以上高纯原料配制合金；（2）采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯Ar气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；（3）随后将熔炼好的合金置于真空管式炉中，在Ar气氛围中进行1073K/5h固溶和723K/4h时效处理，得到Cu-Ni-Fe合金。本专利技术为了提升现有Cu合金的耐温性能，旨在制备具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金，首先控制40≤Cu≤90at.%，然后控制Ni、Fe的添加比例为1.7<Ni/Fe<5.7（原子百分比比例），以获得不同的强度与电阻率的组合满足不同实际工况需求。该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”特征组织，且软化温度始终高于923K，熔点高于1356K（纯Cu的熔点）。上述典型组织的Cu-Ni-Fe高温合金具体制备工艺步骤如下：按照成分合金所需的Cu、Ni、Fe原子比换算成重量百分比，使用高纯原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯Ar气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；随后将熔炼好的合金置于真空管式炉中，在Ar气氛围中进行1073K/5h固溶和723K/4h时效处理；利用XRD和TEM检测合金组织和结构；用维氏硬度计进行硬度测试；利用差热分析仪测量合金的熔点；根据GB/T33370-2016《铜及铜合金软化温度的测量方法》测量合金的软化温度。本专利技术的有益效果为：该合金中Cu的原子百分比为40≤Cu≤90at.%，合金中Ni、Fe的原子百分比比例为1.7<Ni/Fe<5.7。该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”的特征组织，利用Ni3Fe相（AuCu3结构γ'相）强化Cu合金，利用γ'相在γ相基体上共格析出可以获得较理想的耐温特性，该合金的软化温度始终高于923K，合金的熔点高于纯Cu的熔点1356K。在这种组织形态下可以达到固溶强化和第二相强化共同作用的结果，高的蠕变抗力来自于两相的相界（位错运动的障碍）。附图说明图1是1073K/5h固溶和723K/4h时效处理后Cu50Ni37.5Fe12.5（at.%）合金的XRD图谱。图2是1073K/5h固溶和723K/4h时效处理后Cu42.86Ni42.86Fe14.28（at.%）合金的XRD图谱。具体实施方式下面结合技术方案详细叙述本专利技术的具体实施例。实施例1：Cu50Ni37.5Fe12.5（at.%）合金步骤一：合金制备将成分为Cu50Ni37.5Fe12.5（at.%）的合金换算成重量百分比，使用纯度为4N的Cu、Ni和Fe原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯Ar气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼5次，最终得到成分均匀的合金锭；随后将熔炼好的合金置于真空管式炉中，在Ar气氛围中进行1073K/5h固溶和723K/4h时效处理。步骤二：合金结构和性能表征采用德国布鲁克D8FOCUSX射线衍射仪和TECNAIG2型透射电子显微镜对样品相结构进行分析，可以确定Cu50Ni37.5Fe12.5（at.%）中有立方状γ'相（Ni3Fe）析出，如图1所示；采用HVS-1000型数字显微硬度计测量合金的硬度（HV）为232.06；采用TAQ600本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高软化温度的Cu‑Ni‑Fe合金，其特征在于：该合金中Cu的原子百分比为40≤Cu≤90 at.%，合金中Ni、Fe的原子百分比比例为1.7<Ni/Fe<5.7；该合金始终具有立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出的特征组织，该合金的软化温度始终高于923 K，合金的熔点高于纯Cu的熔点1356 K。

【技术特征摘要】
1.一种具有高软化温度的Cu-Ni-Fe合金，其特征在于：该合金中Cu的原子百分比为40≤Cu≤90at.%，合金中Ni、Fe的原子百分比比例为1.7<Ni/Fe<5.7；该合金始终具有立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出的特征组织，该合金的软化温度始终高于923K，合金的熔点高于纯Cu的熔点1356K。2.根据权利要求1所述的一种具有高软化温度的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓娜，孙伟，程肖甜，王清，董闯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21