本发明专利技术公开了一种具备高强度高电导率的Ｃｕ－Ｆｅ－Ａｌ导体材料及制备方法。材料成分的重量百分比Ｆｅ为０．１％～３％、Ａｌ为０．１％～２％，其余为Ｃｕ。先将Ｃｕ、Ａｌ置于真空感应炉中，在低于０．１Ｐａ大气压下熔化，在１０００～１１００Ｃ下静置除气后向炉内充Ａｒ至５０～６０ｋＰａ，再加入Ｆｅ并熔化，经电磁搅拌均匀浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经９５０～１０００Ｃ热处理１～２ｈ后淬水冷却，随即进行２００～５００Ｃ时效处理０．５～１２ｈ。之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为９０％～９９％。采用本发明专利技术制备的Ｃｕ－Ｆｅ－Ａｌ合金强度可达４００～８００ＭＰａ，电导率可达６０％～９５％ＩＡＣＳ。本合金仅含Ｃｕ、Ｆｅ和Ａｌ三种储量丰富价格便宜的金属元素，具有明显的价格优势。同时合金性能范围广，可通过调节制备工艺获得多种强度与电导率的匹配，满足各方面应用的实际需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属Cu合金领域，涉及一种具有高强高导特性的Cu-Fe-Al导体材料及制备 方法。
技术介绍
科学技术的进步对导体材料性能的要求越来越高。例如，高科技领域中强磁场技 术应用的导体线圈和高速电气化铁路使用的牵引线，要求能够承受较高载荷的同时仍具有 良好的导电性。常规导体材料已不能胜任，必须开发出兼有高强度和高电导率的新材料来 满足此类科学
的发展需要。然而导体材料的强度和电导率往往是一对矛盾，即提高强度的措施往往以牺牲电 导率为代价。因此努力使合金保持高电导率而同时能够显著提高强度，是目前研制新型 导体材料的焦点。通过在Cu基体中加入互不相溶的合金元素产生第二相并辅以一定程 度的冷变形被认为是制备高强高导材料最有前途的方法之一。属于这一类的代表性合金 有Cu-Cr-Zr、Cu-Ag和Cu-Fe等。其中Cu-Ag合金由于需要用到贵金属Ag，合金成本较高 限制其大量应用。Cu-Cr-&合金则由于&元素过于活泼在熔炼时极易烧损而难于工业 化生产。传统的Cu-Fe合金是通过在Cu中加入超过固溶极限(> 3% )的Fe使得Cu基 体中出现Fe相，之后通过大变形程度的冷加工使Fe相演变为纳米纤维起到强化作用。例 如对Cu-15vol. % Fe冷加工到截面收缩率为99. 99%时合金可达到1200MPa(C. Biselli, D. G. Morris. Microstructure and strength of Cu-Fe in situ composites after very highdrawing strains. Acta Mater. ,44(1996) :493_504.)。然而这种制备方法需要大变形 量的冷加工，极大地提高了加工成本，同时由于合金具有较高含量的Fe，显著地降低了合金 的电导率。专利CN1687479A公开了一种Cu-Fe-Ag三元合金及制备方法，通过在Cu-Fe合 金中添加Ag能提高合金强度和电导率。然而Ag的加入显著地提高了合金成本。同时该发 明仍基于强变形产生纤维复合强化思路，需要大变形量的冷加工才能获得高强度。如何利 用廉价丰富的金属元素并通过较简单的加工方法获得高强高导材料是实现这类导体材料 大规模应用的关键。
技术实现思路
本专利技术针对前述高强高导材料存在的问题，提供一种仅包含Cu、Fe、Al三种廉价 常见金属元素且制备工艺相对简单的Cu-Fe-Al合金及制备方法。本专利技术之所以选择在Cu基体中添加Fe和Al元素不仅仅因为Fe和Al元素廉价， 而是通过在Cu基体中产生多种析出相粒子，充分发挥多种粒子强化作用提高合金强度，同 时通过Al把固溶在Cu基体中的Fe原子“吸”出，避免固溶的Fe原子对合金电导率造成的 损害作用。本专利技术的Cu-Fe-Al合金与已有的Cu-Ag和Cu-Fe-Ag合金强化思路完全不同， 本专利技术的材料依靠多相粒子协同强化来提高合金强度，而Cu-Ag和Cu-Fe-Ag则通过大变形 产生纳米纤维实现强化目的。本专利技术通过如下步骤实现将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔 化，在1000 1100°C下静置除气后向炉内充Ar至50 60kPa，再加入Fe并熔化，经电磁 搅拌均勻浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经950 1000°C固溶热处理1 2h后淬水冷 却，随即进行200 500°C时效处理0. 5 12h。之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至 截面收缩率为90 % 99 %。本专利技术具有的有益效果本专利技术所述的Cu-Fe-Al合金仅包含Cu、Fe和Al三种廉价金属，材料成本低。同时 本专利技术公开的制备方法所需的加工变形量较小(截面收缩率90% 99% )，远低于Cu-Fe 等(截面收缩率大于99.9%)，生产周期短，适合大规模工业生产。合金性能范围广，可通 过控制成分和制备工艺获得多种强度与电导率匹配。具体实施例方式实施例1 成分0·4% Fe，0. 3% Al，其余为 Cu。 制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1100°C下 静置除气后向炉内充Ar至60kPa，再加入Fe并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经1000°C固溶热处理2h后淬水冷却，随即进行200°C时效处理12h。之后对 合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为99%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为625MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为86% IACS。实施例2:成分0·Fe，0. Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1000°C下 静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入Fe并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经1000°C固溶热处理Ih后淬水冷却，随即进行400°C时效处理6h。之后对合 金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为430MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为94% IACS。实施例3:成分Fe，0.6% Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1050°C下 静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入Fe并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒 状铸锭。铸锭经980°C固溶热处理1. 5h后淬水冷却，随即进行300°C时效处理lh。之后对 合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为95%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为750MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为70% IACS。实施例4:成分3%Fe，2% Al，其余为 Cu。制备方式将Cu、Al置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1000°C下静置除气后向炉内充Ar至50kPa，再加入Fe并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经950°C固溶热处理2h后淬水冷却，随即进行500°C时效处理0. 5h。之后对 合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90%。性能根据国标GB/T228-2002测得合金抗拉强度为795MPa，根据四点法测得合金 室温电导率为61% IACS。上述具体实施例用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制。在本专利技术的精 神和权利要求的保护范围内，对本专利技术做出的任何修改和改变都落入本专利技术的保护范围。权利要求一种具有高强度高电导率的Cu Fe Al合金，其特征在于合金成分的重量百分比Fe为0.1％～3％、Al为0.1％～2％，其余为Cu。2.如权利要求1所述的高强高导Cu-Fe-Al合金的制备方法。其特征在于将Cu、Al 置于真空感应炉中，在低于0. IPa大气压下熔化，在1000 1100°C下静置除气后向炉内充 Ar至50 60kPa，再加入Fe并熔化，经电磁搅拌均勻浇铸成特定直径的棒状铸锭。铸锭经 950 1000°C固溶热处理1 2h后淬水冷却，随即进行200 500°C时效处理0. 5 12h。 之后对合金在室温下进行多道次冷拉拔至截面收缩率为90% 99%。全文摘要本专利技术公开了一种具备高强度高电导率的Cu本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉斌，孟亮，胡金力，秦海英，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86
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