一种高强导电抗高温软化Cu-Fe合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强导电抗软化Cu

【技术实现步骤摘要】
一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金熔炼加工领域，具体的涉及一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜合金具有优良的性能，具有优良的合金化特性，是目前较为经济的环保导电材料，主要应用于引线框架、电焊电极、开关触头、电力火车空导线等领域。目前铜合金高强高导化过程中，遇到的问题是：少量的合金元素强化效果不明显；大量的合金元素会恶化合金的导电性能；以及现有技术中的铜导线电导率与强度难以同时达到高标准，铜合金强化后，其导电率必然会下降；目前真空开关、焊咀、电接触轮等领域，除了高强度和高导电性，还需要铜合金具有较高的高温抗软化强度。
[0003]铜铁合金因具有优良的强度、导电、磁屏蔽等性能及低成本优势在交通运输、航空航天、国防军工等领域具有广泛的应用前景，然而，由于铜铁合金在凝固过程中Fe相尺寸粗大和易偏聚的特征，导致该系列合金难以制备高品质的铸坯，在后续挤压、拉拔和轧制等加工过程中容易导致断线、起皮的缺陷，给最终产品的制备带来了难以克服的困难。此外，在铜合金加工过程中需要进行焊接、封装等加工，以及在传统的半导体封装件或电子部件中，对材料抗高温软化温度的要求一般为380℃，因此要求铜合金兼具良好的强度及导电性的同时具有较好的抗高温软化性能。但是随着元件形状的复杂化，对半导体封装件、电子部件等的铜合金材料的焊接或引线接合工艺提出了更高的要求，需要将材料的抗高温软化温度提高至更高的水平以满足现代材料发展的需求。因此开发设计新型的Cu
‑
Fe合金成分，配合铸造、热处理和加工过程的控制，实现Fe相尺寸的细化，进一步提高材料的综合性能，制备高强导电抗高温软化同时在成本上具有优势铜铁合金具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于提供一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金及其制备方法，能有效改善现有合金中部分性能不足的问题，提升合金的高强导电性、高抗软化性性能。为了实现本专利技术的目的，拟采用如下技术方案：
[0005]本专利技术一方面涉及一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金，所述合金的成分包括Cu、Fe、In、Mg及不可避免杂质元素，其中，Cu是合金基体，Fe、In、Mg是主合金元素，其含量：
[0006]Fe含量：3wt％
‑
12wt％；
[0007]In含量：0.1～0.5wt％；
[0008]Mg含量：0.05～0.2wt％；
[0009]此外，任选的，合金中还包含微量的Cr、P、Mn、Ag、Co、Mo、As、Sb、Al、Hf、Zr、Ni、Ti、Ta、Sn、Zn、Sr等元素，其总含量为0.01～0.4wt％。
[0010]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述的一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金，优化的成分如下：
[0011]Fe含量：8wt％
‑
10wt％；
[0012]In含量：0.2～0.4wt％；
[0013]Mg含量：0.08～0.12wt％；
[0014]此外，任选的，合金中还包含微量的Cr、P、Mn、Ag、Co、Mo、As、Sb、Al、Hf、Zr、Ni、Ti、Ta、Sn、Zn、Sr等元素，其总含量为0.1～0.2wt％。
[0015]通过上述优化的成分，本专利技术可以进一步提高合金性能。
[0016]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述一种高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金，经多道次形变热处理，其强度达900～1200MPa，导电率达55～70％IACS，抗软化温度在450～520℃。
[0017]本专利技术另一方面涉及高强导电抗高温软化Cu
‑
Fe合金的制备工艺，所述工艺包括熔炼铸造—均匀化处理—形变热处理的步骤，具体如下：
[0018]1)熔炼铸造：
[0019]熔炼过程：在熔炼炉中加入电解铜+纯铁+覆盖剂
→
熔化
→
升温
→
除气并加入In、Mg等合金元素
→
取样分析
→
成分检测和调整，调整好温度后准备铸造。
[0020]2)铸造过程：采用连续铸造的方式制备合金坯料，冷却速率的具体数值根据Fe含量的不同进行选择：Fe含量在3～7时，要求铸杆冷却速度不低于100℃/s；Fe含量在7～10时，要求铸杆冷却速度不低于300℃/s，Fe含量在10～12时，要求铸杆冷却速度不低于500℃/s。
[0021]3)均匀化处理：均匀化工序的温度和时间根据铁含量进行选择，Fe含量在3～7时，均匀化工艺为950℃保温2
‑
6h；Fe含量为7～10时，Cu
‑
Fe合金均匀化工艺为980℃保温4
‑
10h；Fe含量为10～12时，Cu
‑
Fe合金均匀化工艺为1000℃保温6
‑
12h；
[0022]4)形变热处理：一次冷变形，应变量为3
‑
5—一次退火—二次冷变形，应变量5
‑
7—二次退火—三次冷变形，应变量7
‑
8—时效处理。
[0023]所述在加入In、Mg等元素之前，通氩气或氮气进行10分钟对熔体进行搅拌除气，然后依次加入In、Mg元素，其中In和Mg可以以纯金属和中间合金形式加入。
[0024]所述熔炼铸造过程中，铸造前的熔体温度根据Fe元素的含量确定，在Cu
‑
Fe相图液相线以上50～100℃，铸造过程中采用的结晶器为非碳材质且与合金主要成分均无剧烈化学反应的氮化硼材料。
[0025]所述熔炼铸造过程中，铸坯的尺寸需要根据Fe元素含量进行选择，Fe含量为3
‑
7的Cu
‑
Fe合金，圆形铸杆直径最大不超过30mm；Fe含量为7
‑
10的Cu
‑
Fe合金，圆形铸杆直径最大不超过25mm；Fe含量为10
‑
12的Cu
‑
Fe合金，圆形铸杆直径最大不超过20mm，否则无法保证一次Fe相的均匀分布和尺寸细小。连续铸造方式同样可以制备Cu
‑
Fe系合金板材，对合金成分相同板材厚度的要求与杆材直径的一致。
[0026]所述步骤4的形变热处理工艺中，退火工艺要根据Fe元素的含量进行选择，且一次中间退火温度高于第二次中间退火温度，第二次中间退火温度高于最后时效温度，否则无法保证获得高的抗软化温度。Fe含量为3
‑
7wt％的Cu
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Fe合金三次中间退火温度分别为400
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450、350
‑
400、200
‑
250，时间1
‑
2h；Fe含量为7<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
‑
Fe合金，所述合金的成分包括Cu、Fe、In、Mg及不可避免杂质元素，其中，Cu是合金基体，Fe、In、Mg是主合金元素，其含量：Fe含量：3wt％
‑
12wt％；In含量：0.1～0.5wt％；Mg含量：0.05～0.2wt％；任选的，合金中还包含微量的Cr、P、Mn、Ag、Co、Mo、As、Sb、Al、Hf、Zr、Ti、Ni、Ta、Sn、Zn、Sr元素，其总含量为0.01～0.4wt％。2.根据权利要求1所述的Cu
‑
Fe合金，合金元素成分如下：Fe含量：8wt％
‑
10wt％；In含量：0.2～0.4wt％；Mg含量：0.08～0.12wt％；任选的，合金中还包含微量的Cr、P、Mn、Ag、Co、Mo、As、Sb、Al、Hf、Zr、Ti、Ni、Ta、Sn、Zn、Sr元素，其总含量为0.1～0.2wt％，余量为铜。3.根据权利要求1或2所述的Cu
‑
Fe合金，所述合金经多道次形变热处理，其强度达900～1200MPa，导电率达55～70％IACS，抗软化温度在450～520℃。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述Cu
‑
Fe合金的制备方法，其特征在于，包括熔炼铸造—均匀化处理—形变热处理的步骤，具体如下：1)熔炼铸造：熔炼过程：在熔炼炉中加入电解铜+纯铁+覆盖剂
→
熔化
→
升温
→
除气并加入In、Mg以及任选的的其它合金元素
→
取样分析
→
成分检测和调整，调整好温度后准备铸造；2)铸造过程：采用连续铸造的方式制备合金坯料，冷却速率的具体数值根据Fe含量的不同进行选择：Fe含量在3～7时，要求铸杆冷却速度不低于100℃/s；Fe含量在7～10时，要求铸杆冷却速度不低于300℃/s，Fe含量在10～12时，要求铸杆冷却速度不低于500℃/s；3)均匀化处理：均匀化工序的温度和时间根据铁含量进行选择，Fe含量在3～7时，均匀化工艺为950℃保温2
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6h；Fe含量为7～10时，Cu
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Fe合金均匀化工艺为980℃保温4
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10h；Fe含量为10～12时，Cu
‑
Fe合金均匀化工艺为1000℃保温6
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12h；4)形变热处理：一次冷变形，应变量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建波，曾浩，杨斌，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：