本发明涉及复合材料领领域，特别涉及一种Cu-Fe-C合金。
背景技术：
与其它体系的高强高导铜合金相比，Cu-Fe系中合金元素Fe的熔点相对较低、较易熔炼，且Fe与Cu的不溶混间隙小，合金的变形能力较好，可加工性较好，所以关于Cu-Fe系合金的研究受到了重视，成为高强高导铜合金发展的重要方向之一。
目前，高强高导Cu-Fe系合金主要利用熔铸法制备初合金，然后对初合金进行后续的热处理、变形等加工，获得最终使用状态的Cu-Fe系合金。在熔铸制备初合金时，由于凝固冷却速度较快，很容易导致Cu基体中固溶大量的Fe元素，严重降低Cu-Fe合金的导电性。虽然在后续热处理、形变热处理等过程中过饱和的Fe不断析出，但低温下Fe的扩散速度很慢，很难将Cu中固溶的Fe完全析出，而Fe在Cu中的固溶是降低Cu-Fe合金的最主要影响因素。所以为了提高Cu-Fe合金的导电性，需要降低Fe在Cu中的固溶量。
现有技术中常采用形变、热处理、强磁场、多元合金化等方法，但都不能很好地解决此问题。例如：Ag被认为是损害Cu合金导电性作用最小的元素，可是利用Ag对Cu-Fe合金进行合金化制备的Cu-Fe-Ag合金，但其铸态Cu基体中仍然固溶2.5％以上的Fe；而且Ag还降低了Fe相纤维的稳定性，在350℃以上导致Fe相粗化，降低限制了合金的使用温度范围；并且采用Ag合金化成本较高。其他方法同样无法将Cu中固溶的Fe减少到很低的状态。
为了更为有效地减少Cu中固溶的Fe，有必要提供一种Fe-Cu-C合金。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种Cu-Fe-C合金，能够有效地减少Cu-中固溶的Fe，提高了Cu-Fe合金的导电性，还提高了Fe相纤维的稳定性，在350℃以上也不会导致Fe相粗化，提高了合金的使用温度范围，并且降低了合金的制备成本。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Cu-Fe-C合金，Cu-Fe-C合金由以下步骤制备：
(1)准备原料：原料包括纯Cu粉和Fe-C预合金粉，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为800～1000℃(比如820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃)，烧结压力为45～55MPa(比如46MPa、47MPa、48MPa、49MPa、50MPa、51MPa、52MPa、53MPa、54MPa)，烧结时间为30min～45min(比如31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min)，
得Fe-C颗粒分布均匀的Cu-Fe-C合金。
由上述步骤制备的Cu-Fe-C合金是一种新型的高强高导Cu合金，利用了C和Cu在Fe-Cu-C三元体系中的互相排斥作用，因此向Cu中添加C，并且为了充分发挥C的这种作用，采用Cu粉、Fe-C预合金粉热压烧结制备Cu-Fe-C合金。制得的Cu-Fe-C合金的抗拉强度为560～640MPa、导电率为54～62％IACS。
在本发明的合金中，作为一种优选实施方式，纯Cu粉的粒径为10～50μm。纯Cu粉的粒径为10～50μm时，Fe-C颗粒能够更均匀分布在Cu基体中。Fe-C预合金粉的尺寸为50～120nm(比如60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、50nm～70nm、60～80nm、70～80nm、80～100nm、100～120nm)。所述Fe-C合金粉为市售产品，当然也可以按照常规方法制备，其可以通过真空雾化炉制备，将所需配比的原料纯铁和增碳剂熔炼后雾化成粉末颗粒，然后再通过高能球磨制备成所需粒度的Fe-C合金粉。本发明中使用的Fe-C合金粉颗粒尺寸为50～120nm，Fe-C合金粉颗粒的尺寸过大，会导致弥散进而导致析出强化作用弱化；Fe-C合金粉颗粒的尺寸过小则容易使Fe溶于Cu中，导电性变差，而且还容易发生团聚。
进一步地，Fe-C预合金粉的尺寸为60～80nm。在合理范围内，Fe-C预合金粉的尺寸越小，弥散强化作用越大，但同时其表面能越大，越容易向Cu基体中溶解。
在本发明的合金中，作为一种优选实施方式，原料包括纯Cu粉和Fe-C预合金粉，所述纯Cu粉占所述原料的85-90wt％(比如86％、87％、88％、89％)，所述Fe-C预合金粉占所述原料的10-15wt％比如11％、12％、13％、14％)。
在本发明的合金中，作为一种优选实施方式，所述Fe-C预合金粉中的C占所述预合金粉的0.8-1.8wt％(比如：0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％)。
在本发明的合金中，C含量过低将导致有更多的Fe溶入Cu中，对合金的导电性不利，C含量过高会形成石墨或者Fe3C。
在制备本发明合金的步骤中，作为一种优选实施方式，还包括合金后处理步骤，将所述(3)热压烧结步骤得到的Cu-Fe-C系合金进行后处理，得到Cu-Fe-C系合金成品。更优选地，所述后处理为热处理、变形处理、磁场处理中的一种或多种；所述后处理为常规处理。
分析可知，本发明公开的一种Cu-Fe-C合金，主要实现了如下技术效果：利用C和Cu在Fe-Cu-C三元体系中的互相排斥作用，因此向Cu中添加C，并且为了充分发挥C的这种作用，采用Cu粉、Fe-C预合金粉热压烧结制备Cu-Fe-C合金，开发出了新型的高强高导Cu合金。
控制Fe向Cu基体中的扩散，大幅降低Cu基体中Fe的固溶量。本发明方法可以提高Cu-Fe合金的导电率和抗拉强度，得到的合金的抗拉强度大于560MPa，导电率为54-62％IACS。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
实施例1
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为70～120nm的Fe-1.2wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.2wt％，纯Cu粉占所述原料的89wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的11wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为900℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.2wt％C颗粒分布均匀的Cu-11wt％(Fe-C)合金。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为580MPa，导电率为60.8％IACS。
实施例2
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为70～120nm的Fe-1.0wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.0wt％，纯Cu粉占所述原料的85wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的15wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为800℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.0wt％C颗粒分布均匀的Cu-15wt％(Fe-C)合金。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为636MPa，导电率为54.1％IACS。
实施例3
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为50～80nm的Fe-1.1wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.1wt％，纯Cu粉占所述原料的87wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的13wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.1wt％C颗粒分布均匀的Cu-13wt％(Fe-C)合金。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为628MPa，导电率为55.6％IACS。
实施例4
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为50～80nm的Fe-1.1wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.1wt％，纯Cu粉占所述原料的90wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的10wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.1wt％C颗粒分布均匀的Cu-10wt％(Fe-C)合金。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为573MPa，导电率为57.2％IACS。
实施例5
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为50～80nm的Fe-1.1wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.1wt％，纯Cu粉占所述原料的89wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的11wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.1wt％C颗粒分布均匀的Cu-11wt％(Fe-C)合金，即在合金中Fe-C的含量为11wt％。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为585MPa，导电率为61％IACS。
实施例6
(1)准备原料：原料包括10～50μm的纯Cu粉和尺寸为60～80nm的Fe-1.1wt％C预合金粉，Fe-C合金粉末中C的质量百分比为1.1wt％，纯Cu粉占所述原料的88wt％，Fe-C预合金粉占所述原料的12wt％，
(2)球磨混合：加入磨球进行机械混粉，得到复合粉末，
(3)热压烧结：将步骤(2)中得到的复合粉末放入热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为820℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为30min，
得制备出了Fe-1.1wt％C颗粒分布均匀的Cu-12wt％(Fe-C)合金。
对该实施例制备的合金进行性能测试，合金的抗拉强度为615MPa，导电率为54.8％IACS。
实施例7-12和对比例1-2
实施例7-12和对比例1-2除原料配比和原料粒度不同于实施例1以外，其他工艺与实施例1相同。实施例7-12和对比例1-2的原料用量关系和原料粒度参见表1，相应实施例和对比例制备的合金的性能测试结果参见表1。由表1可以看出，实施例8、9、10的性能(抗拉强度和导电率)明显好于对比例1、2和实施例7、11、12。
表1实施例7-12和对比例1-2的原料用量关系和原料粒度以及相应产品性能表
实施例13-17
实施例13-17除热压烧结不同于实施例1以外，其他工艺与实施例1相同。实施例13-17的热压烧结参见表2，相应实施例和对比例得到的合金产品的性能测试结果参见表2。由表2可以看出，实施例13、14、15的性能(抗拉强度和导电率)明显好于实施例16、17。
表2实施例13-17的搅拌条件和产品性能表