一种新型Cu-Fe-C合金及其制备方法与流程

本发明属于cu-fe系合金制备技术领域，具体涉及一种新型cu-fe-c合金及其制备方法。

背景技术：

随着高科技的发展，众多新兴技术领域，如高速铁路接触网、机器人布线导体、电器工程开关断桥等，对高性能铜合金产品需求日益迫切。特别是随着轨道交通的飞速发展，像磁悬浮等新型交通工具的出现，对材料的导电性、耐磨性和材料寿命等方面提出了更高的要求。铜与铜基材料在导电性、合金寿命和费用等方面具有相当的竞争力，故通过改善材料成分和工艺，研制高导电高耐磨铜基材料已成为铜合金研究发展的方向。

cu-fe系合金因具有优良综合性能及低廉成本等特点，受到了许多研究者的广泛关注。然而，该合金系由于在冷却时进入亚稳不混溶间隙将发生液相分离，致使cu-fe合金凝固组织在宏观尺度上表现出相分离或组分偏析，这在很大程度上限制了这类合金的应用。

申请号为201810260002.2的专利申请是一种cu-fe-c系合金及其制备方法，该专利申请所得到的铸态合金其抗拉强度为410～470mpa，导电率为30～50％iacs范围内，这限制了该合金的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种新型cu-fe-c合金及其制备方法，可有效克服现有技术存在的缺点。

本发明是这样实现的，其特征在于：一种新型cu-fe-c合金，其组分按质量百分比是：cu的含量为85～90wt％，fe-c的含量为10～15wt％，fe-c中c的含量为2wt％，在cu-fe-c合金的凝固组织中fec相粒子均匀弥散分布在富cu基体中。

所述新型cu-fe-c合金的制备方法是：

①将纯度为99.9％铜放入电炉中熔炼；

②待被加热的铜全部溶化后，向铜溶液中添加fe-2wt％c原料母合金，继续加热，待炉中合金全部熔化均匀，在1550℃～1650℃保温2～3分钟；

③关闭电源，将熔炼后的熔液浇入内径为8mm～12mm黄铜模具中，浇铸温度为1450℃～1600℃；

④空冷。

本发明优点及积极效果：

①本发明利用在cu-fe合金中添加微量c元素，实现了亚稳不混溶cu-fe合金的均质化凝固，提高了该合金的综合性能，如抗拉强度为430～520mpa，导电率为40～60％iacs，硬度为80～110hv。

②本发明的制备方法简单易操作，且成本低，易推广。

③本发明利用向cu-fe合金添加第三组元c的方法，实现了控制亚稳不混溶cu-fe合金的液-液相变行为，制备出了富fe相以粒子形式均匀分布于富cu基体的cu-fe复相材料。

附图说明

图1为cu-10wt％(fe-2wt％c)合金和cu-15wt％(fe-2wt％c)合金的微观组织，其中：(a)为添加了10wt％(fe-2wt％c)合金，图中基体为富cu相，均匀分布的粒子为fec相；(b)为添加了15wt％(fe-2wt％c)，图中基体为富cu相，均匀分布的粒子为fec相。

具体实施方式

实施例1：

本实例制备的合金为cu-10wt％(fe-2wt％c)合金，即合金中fe-c的含量为10wt％，fe-c中c的含量为2wt％，cu的含量为90wt％。其具体制备方法如下：

①将纯度为99.9％的cu放入高频感应炉内熔炼；②待cu溶化后，向cu溶液中加入含量为10wt％的fe-2wt％c原料母合金，继续加热待合金全部溶化，在1550℃保温2分钟；③关闭电源，将熔液注入内径为10mm的黄铜模具，浇铸温度为1450℃；④空冷。图1(a)所示为该实施例中添加了10wt％(fe-2wt％c)合金的微观组织。

实施例2：

本实例制备的合金为cu-15wt％(fe-2wt％c)合金，即合金中fe-c的含量为15wt％，fe-c中c的含量为2wt％，cu的含量为85wt％。其具体制备方法如下：

①将纯度为99.9％的cu放入高频感应炉内熔炼；②待cu溶化后，向cu溶液中加入含量为15wt％的fe-2wt％c原料母合金，继续加热待合金全部溶化，在1650℃保温2分钟；③关闭电源，将熔液注入内径为10mm的黄铜模具，浇铸温度为1550℃；④空冷。图1(b)所示为该实施例中添加了15wt％(fe-2wt％c)合金的微观组织。

表1所示为本专利申请实施例1、2和对比申请号为201810260002.2的专利实施例11的性能结果。

表1

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技术特征：

技术总结
一种新型Cu‑Fe‑C合金及其制备方法，属于Cu‑Fe系合金制备技术领域。特征是所述新型Cu‑Fe‑C合金的组分按质量百分比，Cu的含量为85~90wt%，Fe‑C的含量为10~15wt%，Fe‑C中C的含量为2wt%。制备方法是将纯度为99.7%铜放入电炉中熔炼；待被加热的铜全部溶化，向铜溶液中添加Fe‑2wt%C原料母合金，继续加热;待炉中合金全部熔化均匀，在1550℃~1650℃保温2~3分钟；关闭电源，将熔炼后的熔液浇入内径为8mm~12mm黄铜模具中，浇铸温度为1450℃~1600℃；空冷。优点是实现了亚稳不混溶Cu‑Fe合金的均质化凝固，提高了该合金的综合性能，得到的铸态合金的抗拉强度为430~520MPa，导电率为40~60%IACS，硬度为80~110HV，且制备方法简单易操作，成本低，易推广。

技术研发人员：张俊婷;郝维新;林金保;陈慧琴;王宥宏;马腾
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：2019.04.15
技术公布日：2019.06.11