专利名称：一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金的制备方法，特别涉及一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法。
背景技术：
高强度高导电率Cu-i^e合金主要用作接触线、集成电路引线框架材料、高脉冲磁 体线圈导线、触头材料等，是一种重要的结构功能材料。但此类Cu-i^e合金在合金化和加工 过程中，通常随强度的增加导电性会显著下降，因此，制备强度与导电率匹配良好的Cu-Fe 合金一直是研究的难点。
近年来，随着磁场技术的飞速发展，磁场的强磁化和强洛伦兹力特性已被广泛应 用于材料的凝固及热处理工艺中，产生微重力环境，控制合金组织的取向排列，以优化材料 的组织与性能。金属凝固时施加不同类型的磁场，可以实现对金属熔体不同的控制作用。 施加交变磁场可以促进液态金属的流动行为，有利于熔体的均勻分布；施加稳恒磁场可以 稳定液态金属凝固时的熔体对流、溶质分布以及凝固界面前沿稳定性，更有利于晶体的取 向排列。中国发明专利申请，专利号为CN 201010114104. 7中，提供了一种在凝固阶段施加 交流磁场，细化枝晶，减小偏析，实现Cu-Fe形变原位复合材料凝固的控制，但交流 磁场不利于晶体的取向排列。同时，稳恒磁场也可以应用到合金材料的多种热处理阶段，以 实现不同热处理的调控目的。前面提及的发明专利提供了在材料的固溶时效处理中利用 稳恒磁场，控制固溶原子的溶解与析出行为，制备的合金抗拉强度为71(T950MPa，导电率为 54^60%IACS (IACS:国际退火铜标准)。但已有文献中并没有涉及稳恒磁场和梯度磁场在 Cu-Fe合金的均勻化、退火等热处理工艺的报道。发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提出一种Cu-Fe合金的制备方法，以获得 高强度高导电率的Cu-Fe合金。
实现本发明目的的技术方案是提供一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法，按 如下步骤进行(1)制备铸态Cu-i^e母合金以电解铜和工业纯铁为原料，采用真空感应熔炼或真空电 弧熔炼制备铸态Cu-Fe母合金；(2)稳恒磁场作用下Cu-i^e合金的凝固将上述铸态Cu-i^e母合金置于0.1 20 T稳 恒磁场中，加热至130(Tl50(rC，保温2(Γ60分钟，然后以5 100°C /min的速率冷却至室温， 得到Cu-Fe合金；(3)稳恒磁场作用下合金的均勻化处理将步骤( 制备的Cu-Fe合金进行750 1000°C，保温0. 5 M小时，0. 1 20 T的稳恒磁场均勻化处理；(4)热锻将步骤(3)处理后的Cu-Fe合金，在650 750°C下进行总减面率为0.3 0. 8的热锻；(5)拉拔将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金进行总减面率为0.3 0. 7的室温拉拔，获 得Cu-Fe合金线；(6)稳恒磁场下合金的退火处理将步骤( 拉拔后获得的Cu-Fe合金线，置于0.1 20 T的稳恒磁场中进行400 550°C，保温0. 5 M小时，缓慢冷却到室温的退火处理；(7)再拉拔将步骤(6)热处理后的Cu-i^e合金线，在室温下进行总减面率为0.2 0. 5 的室温再拉拔；(8)重复形变磁场热处理重复步骤(6)和(7)的形变磁场热处理(Γ3次，得到 0. Imm 5. 0 mm 的 Cu-Fe 合金线；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理将步骤(8)得到的Cu-i^e合金线，在磁感应强度 为0.1 20 T，磁感应强度梯度为-200 T/m 200 T/m的梯度磁场下进行30(T45(TC，保 温广48小时，缓慢冷却到室温的退火处理，得到最终产品。
本发明涉及步骤⑴中的铸态Cu-i^e母合金的组成为 含量按重量百分比为 8% 25%，余量为Cu。
利用本发明制备的Cu-Fe合金导电率为56 78 %IACS、抗拉强度为750 1450 MPa0
本发明的有益效果是(1)通过在Cu-Fe合金的凝固过程中施加稳恒磁场，可以控制熔体对流、溶质分布以及 凝固界面前沿稳定性，达到细化i^e枝晶、促进!^e枝晶的取向排列的效果；(2)通过在Cu-Fe合金热锻前施加稳恒磁场均勻化处理，可以加速非平衡凝固组织在 基体中分布趋于均勻，过饱和固溶元素从固溶体中析出，达到消除铸造应力，提高塑性，减 小变形抗力的目的；(3)通过在形变Cu-Fe合金制备过程中施加稳恒磁场退火处理，可以降低高温下狗在 Cu中的固溶度，有效促进低温下！^从Cu中的析出，减少杂质散射，达到增加复合材料导电 率的目的；(4)通过在最终产品中施加梯度磁场进行退火处理，可以使得复合材料的强度和导电 率提高Γ10% ；(5)通过实施以上发明内容，制备的Cu-Fe合金比现有技术制备的相同！^含量Cu-Fe 合金的导电率和强度提高5 15%。
具体实施方式
实施例1 (1)制备铸态Cu-I^e母合金将电解铜与工业纯铁按重量比92:8配比，在真空电弧炉 中加热熔炼，浇铸在水冷铜模中，制备铸态Cu-Fe母合金；(2)稳恒磁场作用下Cu-i^e合金的凝固将上述铸态Cu-i^e母合金置于10T稳恒磁场 中心位置，加热到1300°C，保温20分钟，然后以100°C /min的速率冷却至室温；(3)稳恒磁场作用下合金的均勻化处理将步骤( 制备的Cu-i^e合金置于20T稳恒 磁场中心，加热到750°C，保温12小时，随炉缓慢冷却到室温；(4)热锻将步骤C3)处理后的Cu-i^e合金加热到650°C进行热锻，热锻总减面率为0. 8 ；(5)拉拔将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金在室温下进行拉拔，总减面率为0.7 ；(6)稳恒磁场下合金的退火处理将步骤( 拉拔后获得的Cu-Fe合金线，在20T稳 恒磁场下，加热至400°C，保温0. 5小时，缓慢冷却至室温；(7)再拉拔将步骤(6)热处理后的Cu-i^e合金线，在室温下进行再次拉拔，总减面率 为 0.5;(8)重复形变磁场热处理重复步骤(6)(7)的形变磁场热处理3次，得到直径0. 1 mm 的Cu-Fe合金线；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理将步骤(8)获得的Cu-Fe合金线，在20T磁感 应强度，磁感应强度梯度为-200 T/m的梯度磁场下，300°C真空退火处理1 h，得到Cule合 金线的导电率为78 %IACS，抗拉强度为750MPa。
实施例2:(1)制备铸态Cu-I^e母合金将电解铜与工业纯铁按重量比85:15配比，在真空感应炉 中加热熔炼，浇铸在水冷铜模中，形成铸态Cu-Fe母合金；(2)稳恒磁场作用下Cu-Fe合金的凝固将上述铸态Cu-Fe母合金置于0.1 T稳恒磁 场中心位置，加热到1400°C，保温40分钟，然后以50°C /min的速率冷却至室温；(3)稳恒磁场作用下合金的均勻化处理将步骤( 制备的Cu-Fe合金置于0.1 T稳 恒磁场中心，加热到900°C，保温M小时，随炉缓慢冷却到室温；(4)热锻将步骤C3)处理后的Cu-i^e合金加热到700°C进行热锻，热锻总减面率为0. 5 ；(5)拉拔将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金在室温下进行拉拔，总减面率为0.5 ；(6)稳恒磁场下合金的退火处理将步骤( 拉拔后获得的Cu-Fe合金线，在0.1 T稳 恒磁场下，加热至450°C，保温M小时，缓慢冷却至室温；(7)再拉拔将步骤(6)热处理后的Cu-i^e合金线，在室温下进行再次拉拔，总减面率 为 0.4;(8)重复形变磁场热处理重复进行步骤(6)(7)的形变磁场热处理0次，得到直径5 mm的Cu-Fe合金线；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理将步骤(8)获得的Cu-i^e合金线，在磁感应强度 为5 T，磁感应强度梯度为200 T/m的梯度磁场下，350°C真空退火处理10 h，得到Cule合 金线的导电率为60 %IACS，抗拉强度为1100 MPa0
实施例3:(1)铸态Cu-Fe母合金的制备将电解铜与工业纯铁按重量比85:25配比，在真空感应 炉中加热熔炼，浇铸在水冷铜模中，形成铸态Cu-Fe母合金；(2)稳恒磁场作用下Cu-i^e合金的凝固将上述铸态Cu-i^e母合金置于20T稳恒磁场 中心位置，加热到1500°C，保温60分钟，然后以5°C /min的速率冷却至室温；(3)稳恒磁场作用下合金的均勻化处理将步骤( 制备的Cu-i^e合金置于12T稳恒 磁场中心，加热到1000°C，保温0. 5小时，随炉缓慢冷却到室温；(4)热锻将步骤C3)处理后的Cu-i^e合金加热到750°C进行热锻，热锻总减面率为0. 3 ；(5)拉拔将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金在室温下进行拉拔，总减面率为0.3 ；(6)稳恒磁场下合金的退火处理将步骤( 拉拔后获得的Cu-i^e合金线，在6T稳恒磁场下，加热至550°C，保温5小时，缓慢冷却至室温；(7)再拉拔将步骤(6)热处理后的Cu-i^e合金线，在室温下进行再次拉拔，总减面率 为 0.3;(8)重复形变磁场热处理重复进行步骤(6)(7)的形变磁场热处理2次，得到直径1. 4 mm的Cu-Fe合金线；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理将步骤(8)获得的Cu-i^e合金线，在磁感应强度 为0.1 T，磁感应梯度为10 T/m强磁场下，450°C真空退火处理M h，得到Cule合金线的 导电率为56 %IACS，抗拉强度为1450 MPa0
权利要求
1.一种磁场作用下Cu-i^e合金的制备方法，其特征在于步骤如下(1)制备铸态Cu-Fe母合金以电解铜和工业纯铁为原料，采用真空感应熔炼或真空电 弧熔炼制备铸态Cu-Fe母合金；(2)稳恒磁场作用下Cu-i^e合金的凝固将上述铸态Cu-i^e母合金置于0.1 20 T稳 恒磁场中，加热至1300 1500°C，保温20 60分钟，然后以5 100°C /min的速率冷却 至室温，得到Cu-Fe合金；(3)稳恒磁场作用下合金的均勻化处理将步骤( 制备的Cu-Fe合金进行750 1000°C，保温0. 5 M小时，0. 1 20 T的稳恒磁场均勻化处理；(4)热锻将步骤(3)处理后的Cu-Fe合金，在650 750°C下进行总减面率为0.3 0. 8的热锻；(5)拉拔将步骤(4)热锻后的Cu-Fe合金进行总减面率为0.3 0. 7的室温拉拔，获 得Cu-Fe合金线；(6)稳恒磁场下合金的退火处理将步骤( 拉拔后获得的Cu-Fe合金线，置于0.1 20 T的稳恒磁场中进行400 550°C，保温0. 5 M小时，缓慢冷却到室温的退火处理；(7)再拉拔将步骤(6)热处理后的Cu-i^e合金线，在室温下进行总减面率为0.2 0. 5 的室温再拉拔；(8)重复形变磁场热处理重复步骤(6)和(7)的形变磁场热处理0 3次，得到 0. Imm 5. 0 mm 的 Cu-Fe 合金线；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理将步骤(8)得到的Cu-i^e合金线，在磁感应强度 为0.1 20 T，磁感应强度梯度为-200 T/m 200 T/m的梯度磁场下进行300 450°C， 保温1 48小时，缓慢冷却到室温的退火处理，得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法，其特征在于，所述步 骤(1)中的铸态Cu-Fe母合金的组成为Je含量按重量百分比为8% 25%，余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法，其特征在于，最终产 品的Cu-Fe合金的导电率为56 78 %IACS、抗拉强度为750 1450 MPa0
全文摘要
本发明涉及一种合金的制备方法，特别涉及一种磁场作用下Cu-Fe合金的制备方法。包括以下工艺步骤(1)制备铸态Cu-Fe母合金；(2)0.1~20T稳恒磁场作用下Cu-Fe合金的凝固；(3)稳恒磁场作用下合金的均匀化处理；(4)650-750℃热锻；(5)拉拔；(6)稳恒磁场下合金的退火处理；(7)再拉拔；(8)重复形变磁场热处理；(9)梯度磁场作用下合金的退火处理。本发明充分利用稳恒磁场的强磁化能、强取向排列作用，结合梯度磁场的强磁化力作用等特性，有效优化Cu-Fe合金的导电率与抗拉强度的匹配关系，获得导电率为56~78%IACS、抗拉强度为750~1450MPa的Cu-Fe合金线。
文档编号C22C1/03GK102031399SQ20101053906
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者屈磊, 左小伟, 张 林, 王恩刚, 赫冀成 申请人:东北大学