一种利用定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有色金属金属新材料制备技术领域，尤其是涉及一种利用定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料及方法。
【背景技术】
[0002]高强高导铜合金是具有优良综合物理性能和力学性能的结构材料，广泛应用于集成电路引线框架、电气化铁路接触导线、高强磁场线圈、电动机转子导线、高压开关弹簧片等领域。随着科学技术的进步和现代工业的发展，对铜及铜合金的性能提出了更高的要求，即材料在保持优良导电性能的同时，还要有较高的强度。而铜合金的强度和导电率是一对难以兼顾的矛盾，即强度的提高以损失导电率为代价。目前，铜合金的强化主要通过固溶强化、时效强化、弥散强化和冷作硬化来实现，强化效果较为有限，同时，导电率大大降低。日本采用大变形强化技术，进行Cr、Nb系铜基复合材料强化研宄，质点的纤维排列不但增加了材料的强度，而且与电流方向一致的纤维对铜的导电率影响较小，材料的抗拉强度得到大幅度提高，而导电率仍保持在80%IACS以上。但是这种方法的纤维强化相是后续冷变形加工而形成的，纤维不连续，热稳定差、材料的综合性能较差。
[0003]采用定向凝固技术制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料，纤维强化相是在凝固过程中形成的，纤维连续性好，热稳定高，相界面结合牢固，材料性能各向异性强等优点，制备出的材料具有单晶组织或沿长度方向连续的柱状晶组织，良好的塑性加工性能，材料强度大幅度提高的同时，仍具有优良的电导率。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的在于提供一种利用定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料，该复合材料具有连续柱状晶组织或单晶组织，热稳定性高、相界面结合牢固、强度尚、导电性好等优点。
[0005]本发明的第二个目的在于提供一种利用定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料的方法，它解决了常规方法制备铜合金导线强度和电导率不能兼顾的问题。
[0006]本发明的第一个目的是这样实现的:
一种利用定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料，特征是:配方由如下以质量百分比计的原料组成:
铁:3.0?15%，银:0.01-3.0%，杂质总量彡0.1%，余量为铜。
[0007]铁以纯铁加入，银以纯银加入，铜以阴极铜加入，三种金属的纯度均大于99.90%ο
[0008]—种利用连续定向凝固制备高强高导Cu-Fe-Ag形变原位复合材料的方法，特征是:包括以下步骤:
(I)按化学成分要求，将符合配方质量百分比的阴极铜、纯铁、纯银放入中频感应炉中，在 1250~1350°C 熔炼； (2)将熔体温度降至1200°C，通过连续定向凝固方法开始进行定向凝固铸造，定向凝固系统的真空度为0.l~lPa，拉坯速度为10~35mm/min，冷却水量为100~1000L/h，冷却水温为20-250C，制备出直径8~12mm的Cu-Fe-Ag合金铸锭；
(3)将合金铸锭放入热处理炉中，在900~1050°C保温1~3小时，进行固溶处理；
(4)将固溶处理后的合金进行冷拔变形，变形量达20%以上；
(5)将冷拔后的合金在250~550°C保温0.5-2小时，随炉冷却；
(6)将退火处理后的合金进行冷拔变形，变形量达20%以上；
(7)将冷拔后的合金在200~500°C，保温1~8小时，进行时效处理，得到Cu-Fe-Ag复合材料。
[0009]连续定向凝固方法为下拉法、水平连铸法或上引法中的一种。
[0010]本发明的技术方案是通过定向凝固技术使初生Fe相呈纤维状沿长度方向排列，再经过热锻或热轧、固溶处理、冷轧、冷拔和时效处理等工艺流程，最后制备出高强高导Cu-Fe-Ag原位复合材料。
[0011]本发明采用连续定向凝固技术制备的Cu-Fe-Ag复合材料，与现有技术相比，具有如下优点:
(O具有单晶组织或沿长度方向连续的柱状晶组织，因而具有比相同外径的普通多晶材料具有更优的塑形变形能力、力学性能和物理性能；
(2)该复合材料的纤维强化相是在凝固过程中形成的，连续性好，热稳定高，相界面结合牢固；
(3)采用连续定向凝固技术可实现该类合金大长度线材的生产；
(4)具有很高的强度和良好的导电性:抗拉强度达到900~300MPa，电导率大于68%IACS，抗拉强度和导电性能得到了显著提高；
(5)在电子、信息、交通、能源、冶金和机电等线领域具有广泛的应用前景，具有良好的经济效益。
[0012]本发明采用连续定向凝固技术制备Cu-Fe-Ag复合材料的方法简单、成材率高、具有很好的经济效益，它解决了常规方法制备铜合金导线强度和电导率不能兼顾的问题。
【具体实施方式】
[0013]以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0014]实施例1:
(1)按化学成分要求，将符合配方质量百分比的纯铁3%、纯银0.01%，余量为阴极铜，放入中频感应炉中，在1300°C熔炼；
(2)将熔体温度降至1200°C，通过连续定向凝固方法开始进行定向凝固铸造，定向凝固系统真空度为0.1Pa，拉坯速度为10mm/min，冷却水量为100L/h，冷却水温为22°C，制备出直径8mm的Cu-Fe-Ag合金铸锭；
(3)将合金铸锭放入热处理炉中，在950°C保温2小时，进行固溶处理；
(4)将固溶处理后的合金进行冷拔变形，变形量达30%;
(5)将冷拔后的合金在300°C保温I小时，随炉冷却；
(6)将退火处理后的合金进行40%的冷拔变形； (7)将冷拔后的合金在400°C，保温2小时，进行时效处理，得到Cu-Fe-Ag复合材料。
[0015]制备出的Cu-Fe-Ag复合材料的抗拉强度910MPa，导电率82%IACS。
[0016]实施例2:
(O按化学成分要求，将符合配方质量百分比的纯铁5%、纯银0.5%，余量为阴极铜，放入中频感应炉中，在1350°C熔炼；
(2)将熔体温度降至1200°C，通过连续定向凝固方法开始进行定向凝固铸造，定向凝固系统真空度为0.2Pa，拉坯速度为15mm/min，冷却水量为300L/h，冷却水温为22°C，制备出直径1