專利名稱：Cu-Fe復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Cu-Fe復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
銅是應(yīng)用最廣泛的金屬之一，尤其作為導(dǎo)電材料的應(yīng)用最廣泛，由于銅的強(qiáng)度很低，在使用過程中需要以合金的形式出現(xiàn)。導(dǎo)電材料的強(qiáng)度在提高的同時(shí)，往往導(dǎo)電性會降低。為了使銅在導(dǎo)電性不受到影響的同時(shí)增加強(qiáng)度，通過在銅基中加入合金金屬，經(jīng)過一定工藝制備復(fù)合纖維強(qiáng)化銅合金，可以達(dá)到新型的高強(qiáng)高導(dǎo)材料。目前已經(jīng)研制出的優(yōu)良性能的高導(dǎo)材料有Cu-Ag等，但是由于貴金屬的價(jià)格昂貴，且資源 緊缺，使這些材料的應(yīng)用受到了限制。通過在銅基中添加價(jià)格低廉的鐵可以有效提高銅的強(qiáng)度，但是在鐵的添加量達(dá)到一定量才能得到優(yōu)異的強(qiáng)度，與此同時(shí)，銅的導(dǎo)電性已經(jīng)受到了影響，如何在不損害銅的導(dǎo)電性的同時(shí)制備高強(qiáng)高導(dǎo)的Cu-Fe材料成為當(dāng)前的難題。公開號為CN 1687479A，
公開日為2005年10月26日，名稱為“高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Fe-Ag納米原為復(fù)合材料的制備方法”的專利，公開了一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Fe-Ag的復(fù)合材料及制備方法，該材料雖然能達(dá)到有效的高導(dǎo)高強(qiáng)性能，但是由于受到Ag價(jià)格昂貴、資源短缺的影響，其應(yīng)用必然會受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉的高強(qiáng)高導(dǎo)的Cu-Fe合金材料，以解決目前銅導(dǎo)電材料由于受到貴金屬的限制而影響其發(fā)展的問題。本發(fā)明的Cu-Fe復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好以及成本相對低廉的優(yōu)勢，從而能夠更好的擴(kuò)大銅的應(yīng)用，發(fā)揮銅的優(yōu)良性倉泛。本發(fā)明通過以下方案實(shí)行
一種Cu-Fe復(fù)合材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分制備而成6 15%鐵，O. Γθ. 4%鋯，
O.5 5%碳化鉻，O. 05、. 3%二氧化鈰，O. Γ1. 5%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。鐵加入銅中后，能有效增加銅的強(qiáng)度，但是銅鐵合金的導(dǎo)電率會降低。鋯的加入可以使鋯在銅鐵合金中生成氧化鋯，氧化鋯在界面處彌散分布，達(dá)到彌散強(qiáng)化的效果。碳化鉻的加入在一定程度上提高了合金的耐磨性能。二氧化鈰的加入能提高合金的耐腐蝕性，同時(shí)也可以提高合金的硬度和強(qiáng)度。鋁能夠提高銅的高溫抗氧化能力，鋁生成的氧化鋁也起到了彌散強(qiáng)化的效果。作為優(yōu)選方案，鐵的重量百分?jǐn)?shù)為7 10%。這個(gè)范圍的鐵含量，能夠平衡強(qiáng)度與電導(dǎo)率，從而達(dá)到合金的最有效果。作為優(yōu)選方案，二氧化鈰的平均粒徑為2(T50nm。二氧化鈰粒徑在納米級后，能增大比表面積，使其充分分散在銅基內(nèi)，從而更好的發(fā)揮作用。作為優(yōu)選方案，碳化鉻的平均粒徑為2(T50nm。碳化鉻粒徑在納米級后，能增大比表面積，使其充分分散在銅基內(nèi)，從而更好的發(fā)揮作用。一種制備Cu-Fe復(fù)合材料的方法，包括以下步驟(1)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫.005 O.OlMPa、溫度為140(Tl600°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. 005 0. OlMPa、溫度為150(Tl700°C下熔化，并與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，采用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到90(Tl000°C保溫l 2h后退火；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下多次拉拔，每次拉拔后在35(T400°C的氫氣氣氛中保溫2 4h，最后鑄錠總的變形量η彡10。對鑄錠的熱軋退火處理可以起到抑制加工硬化、增加材料的變形能力、促進(jìn)固溶在Cu中的Fe的析出，減少Fe在Cu中的過飽和固溶度，從而提高整體導(dǎo)電性能。拉拔可以提高屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能。作為優(yōu)選方案，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為2(Γ30%。
作為優(yōu)選方案，熱軋退火和拉拔、熱處理的加熱速率為15 40°C /分鐘。作為優(yōu)選方案，熱軋退火和拉拔、熱處理的降溫速率為2(T50°C /分鐘。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是該Cu-Fe復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好且成本相對低廉的效果，在一定程度上能夠擺脫目前高強(qiáng)高導(dǎo)銅基合金受到的貴金屬的限制的局限性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種Cu-Fe復(fù)合材料，
首先按照以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，共計(jì)500kg :6%鐵，O. 3%鋯，5%碳化鉻，O. 05%二氧化鈰，O. 8%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。其中二氧化鈰的平均粒徑為20nm，碳化鉻的平均粒徑為50nm。然后按照以下步驟進(jìn)行制備
(1)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫.005MPa、溫度為1500°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. OlMPa、溫度為1500°C下熔化，并與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，采用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到950°C保溫2h后退火，加熱速率為15°C /分鐘，降溫速率為30°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下5次拉拔，每次拉拔后在350°C的氫氣氣氛中保溫3h，最后鑄錠總的變形量η > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為230%，加熱速率為15°C /分鐘，降溫速率為40°C /分鐘。最后得到Cu-Fe復(fù)合材料。實(shí)施例2
一種Cu-Fe復(fù)合材料，
首先按照以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，共計(jì)500kg :10%鐵，O. 4%鋯，
O.5%碳化鉻，O. 1% 二氧化鈰，I. 5%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。其中二氧化鈰的平均粒徑為30nm，碳化鉻的平均粒徑為20nm。然后按照以下步驟進(jìn)行制備
(I)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫. 008MPa、溫度為1600°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. 005MPa、溫度為1600°C下熔化，并與銅鐵熔體混合,攪拌均勻,采用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到1000°C保溫Ih后退火，加熱速率為300C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下3次拉拔，毎次拉拔后在380°C的氫氣氣氛中保溫4h，最后鑄錠總的變形量n ^ 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為20%，加熱速率為20°C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘。最后得到Cu-Fe復(fù)合材料。實(shí)施例3 ー種Cu-Fe復(fù)合材料，
首先按照以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，共計(jì)500kg :15%鉄，0. 1%鋯，2%碳化鉻，0. 3% ニ氧化鈰，0. 1%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。其中二氧化鈰的平均粒徑為50nm，碳化鉻的平均粒徑為50nm。然后按照以下步驟進(jìn)行制備
(1)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫?.OlMPa、溫度為1400°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. 007MPa、溫度為1700°C下熔化，并與銅鐵熔體混合,攪拌均勻,采用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到900°C保溫I.5h后退火，加熱速率為400C /分鐘，降溫速率為20°C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下4次拉拔，毎次拉拔后在400°C的氫氣氣氛中保溫2h，最后鑄錠總的變形量n > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為25%，加熱速率為40°C /分鐘，降溫速率為20°C /分鐘。最后得到Cu-Fe復(fù)合材料。實(shí)施例4
ー種Cu-Fe復(fù)合材料，
首先按照以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，共計(jì)500kg :7%鉄，0. 2%鋯，1%碳化鉻，0. 2% ニ氧化鈰，0. 5%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。其中二氧化鈰的平均粒徑為20nm，碳化鉻的平均粒徑為20nm。然后按照以下步驟進(jìn)行制備
(1)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫?.OlMPa、溫度為1400°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、ニ氧化鈰和鋁在氬氣壓カ為0. OlMPa、溫度為1600°C下熔化，并與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，采用水冷澆注成鑄錠；
(2)熱軋退火將鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到900°C保溫2h后退火，加熱速率為
250C /分鐘，降溫速率為35 °C /分鐘；
(3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下5次拉拔，毎次拉拔后在400°C的氫氣氣氛中保溫3h，最后鑄錠總的變形量n > 10，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為25%，加熱速率為20°C /分鐘，降溫速率為50°C /分鐘。最后得到Cu-Fe復(fù)合材料。對以上實(shí)施例得到的Cu-Fe復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和電導(dǎo)率進(jìn)行測試，測試結(jié)果見
權(quán)利要求
1.一種Cu-Fe復(fù)合材料，其特征在于，所述Cu-Fe復(fù)合材料由以下重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的各組分制備而成:6 15%鐵，O. I O. 4%鋯，O. 5 5%碳化鉻，O. 05 O. 3% 二氧化鈰，O. I I. 5%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Cu-Fe復(fù)合材料，其特征在于，鐵的重量百分?jǐn)?shù)為7 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的Cu-Fe復(fù)合材料，其特征在于，二氧化鈰的平均粒徑為20 50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的Cu-Fe復(fù)合材料，其特征在于，碳化鉻的平均粒徑為20 50nm。
5.一種制備權(quán)利要求I所述的Cu-Fe復(fù)合材料的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 Cl)熔煉將銅、鐵在氮?dú)鈮毫. 005 O.OlMPa、溫度為140(Tl600°C下熔化，并攪拌均勻，得銅鐵熔體；將鋯、碳化鉻、二氧化鈰和鋁在氬氣壓力為O. 005 0. OlMPa、溫度為150(Tl700°C下熔化，并與銅鐵熔體混合，攪拌均勻，采用水冷澆注成鑄錠； (2)熱軋退火將步驟(I)得到的鑄錠在氫氣氣氛加熱爐中加熱到90(Tl000°C保溫I 2h后退火； (3)拉拔、熱處理將步驟(2)熱軋退火處理后的鑄錠在室溫下進(jìn)行多次拉拔，每次拉拔后在35(T400°C的氫氣氣氛中保溫2 4h，最后鑄錠總的變形量η >10。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Cu-Fe復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，拉拔過程中每次拉拔的變形的減小量為20 30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的Cu-Fe復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，熱軋退火和拉拔、熱處理的加熱速率為15 40°C /min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的Cu-Fe復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，熱軋退火和拉拔、熱處理的降溫速率為2(T50°C /min。
全文摘要
一種Cu-Fe復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括以下組分6%～15%鐵，0.1%～0.4%鋯，0.5%～5%碳化鉻，0.5%～3%二氧化鈰，0.1%～1.5%鋁，余量為銅和雜質(zhì)。該復(fù)合材料是通過將各種組分熔煉后并經(jīng)過鑄錠、拉拔等機(jī)械處理以及相應(yīng)的熱處理而成。本發(fā)明在銅基中加入鐵進(jìn)行增強(qiáng)的同時(shí)加入鋯，形成的彌散強(qiáng)化相使得復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和導(dǎo)電性得到保證的同時(shí)，降低了成本。本發(fā)明可作為高強(qiáng)高導(dǎo)材料應(yīng)用于各種導(dǎo)電領(lǐng)域。
文檔編號C22C9/00GK102952962SQ20121036680
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者姚再起, 李志華, 王春斌, 李莉, 劉強(qiáng), 馬芳武, 趙福全 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團(tuán)有限公司