专利名称：Cu-Fe-Ag-P原位复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种合金导电材料技术领域的复合材料及其制备方法，具体是一 种Cu-Fe-Ag-P原位复合材料及其制备方法。
背景技术：
纯铜具有良好的导电导热性能，但其强度低，铜合金的强度和电导率通常是一对 矛盾，常规强化方法不可避免降低铜的导电性能。高强磁场的发展要求铜基线圈材料不仅 具有良好的电导率，而且具有超高的强度以承受磁场中洛伦兹力的作用，如一个40T的磁 场，要求线圈材料的强度不低于lOOOMPa，而一个100T的磁场，要求材料强度达到2400MPa。 形变原位复合材料法是制备(超)高强高导电铜合金的最理想的方法，其增强相在金属凝 固过程中形成，在随后的变形过程中逐渐被拉长，形成定向排列的金属纤维。已有的研究工 作主要集中于二元的Cu-Nb、Cu-Ag和Cu-Fe等，其中第二相金属的体积百分比为15-20% 。 Nb和Ag都是贵金属，限制了这类新材料的应用。Cu-Fe合金则由于其低成本引起研究者的 兴趣。但铜中每固溶1 % Fe重量百分比后，其电导率则迅速降至纯铜的65 % 。
经对现有技术的文献检索发现，Haiyan Gao， J皿Wang， Da Shu， Baode S皿 在Scripta Materialia. 54 (2006) 1931-1935上发表的"Effect of Ag on the agingcharacteristics of Cu-Fe in situ composites，，(Ag对Cu-Fe原位复合材茅斗时效特 性的影响，材料快报，54巻，2006年，pl931-1935)中指出，经热处理后，Cu-Fe-Ag原位复合 材料的显微硬度和电导率均高于Cu-Fe原位复合材料，即添加合金元素Ag可以提高Cu-Fe 原位复合材料的强度和电导率，但添加的Ag百分含量较高，达到6%，致使材料成本增加， 同时材料的电导率提高还是比较有限。因此有必要研制一种新的Cu-Fe系原位复合材料及 其制备方法，提高材料强度同时，进一步降低Fe原子在Cu基体中的固溶，提高材料的电导 率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种Cu-Fe-Ag-P原位复合材料及其
制备方法，将纤维增强与弥散强化相结合，将形变与时效处理结合，在获得多元多尺度强化
效果的同时，提高材料的导电性能。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明涉及上述Cu-Fe-Ag-P原位复合材料，其组分及质量百分比含量为Ag l-3%、Fe8-14%、P 0. 1 0. 4%，余量为Cu。 本发明涉及上述Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，包括以下步骤 第一步、采用中频感应炉将Cu、 Fe、 Ag和P熔化并铸成合金铸锭； 所述的Cu、Fe、Ag和P占合金铸锭的质量百分比为Agl_3%、Fel2_14%、P 0. 1
0. 4%、Cu82. 6 90. 9%。 所述的熔化是指1500-155(TC环境；
第二步、对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成 合金基体； 所述的预变形处理是指在680-72(TC的环境下对合金铸锭进行锻造操作以细化 微观组织； 所述的多道次冷轧处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 5 0. 7，使合
金铸锭中的Fe枝晶沿轧向逐渐伸长，使得合金铸锭的累积冷变形变量为2-3 ; 所述的冷拔处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 5 0. 7，使合金铸
锭中的Fe枝晶沿拉伸轴向形成定向排列的增强纤维，使得合金铸锭的累积冷变形变量为
7-8 ; 第三步、对合金铸锭进行固溶处理，经水冷后再对合金基体进行分级时效处理，使 固溶的Fe、 P、 Ag以纳米级的Fe2P， Fe3P、单质Fe、单质Ag等形式从基体中弥散析出，获得 大幅度提高导电性能的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料； 所述的固溶处理是指将合金铸锭加热到900-1050°C，保温2-4h ; 所述的分级时效处理是指将冷拔变形的材料加热到450-55(TC，保温l-3h，然后
冷却到150-25(TC，保温l-3h后水冷至室温。 本发明优点在于，通过在Cu-Fe 二元合金中同时添加一定含量的Ag和P，降低了 高温下Fe在Cu中的固溶度，促进低温下Cu基体中固溶Fe的析出；采用了分级时效工艺使 Fe、P、Ag以纳米级的Fe2P、Fe3P、单质Fe、单质Ag等形式从基体中弥散析出，大幅度提高材 料的导电性能；将纤维增强和弥散强化相结合。因此本发明将纤维增强与弥散强化相结合， 将形变与时效处理结合，提高材料强度的同时大幅度其导电性能。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1 :制备Cu-8Fe-lAg-0. 1P 第一步、采用中频感应炉将Cu、Fe、Ag和P在150(TC环境下熔铸成合金铸锭；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金铸锭的质量百分比为Agl%、 Fe8%、 P 0.1%、 Cu90. 9%。 第二步、对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成 合金基体； 所述的预变形处理是指在680-72(TC的环境下对合金铸锭进行锻造操作以细化 微观组织； 所述的多道次冷轧处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 6，使合金铸 锭中的Fe枝晶沿拉伸轴向逐渐伸长，使得合金铸锭的冷变形变量为2. 5 ;
所述的冷拔处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 7，使合金铸锭中的 Fe枝晶沿拉伸轴向形成定向排列的增强纤维，使得合金铸锭的累积冷变形变量为7. 6 ;
第三步、在90(TC环境下对合金基体进行固溶处理，经水冷后再分别在48(TC环境 下和15(TC环境下对合金基体进行分级时效，使固溶的Fe、P、Ag以纳米级的Fe2P， Fe3P、单质Fe、单质Ag等形式从基体中弥散析出，大幅度提高材料的导电性能；
所述的固溶处理是指将合金铸锭加热到900°C，保温2h ; 所述的分级时效是指将冷拔变形的材料加热到48(TC，保温2h，然后冷却到 150°C ，保温2h后水冷至室温。 本实施例制备得到的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的最大应变量7. 6，其抗拉强度
1080MPa，电导率为72% IACS。 实施例2 :制备Cu-12Fe-2Ag-0. 2P 第一步、采用中频感应炉将Cu、Fe、Ag和P在150(TC环境下熔铸成合金铸锭；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金铸锭的质量百分比为Ag2%、 Fel2%、 P 0.2%、 Cu85. 8%。 第二步、对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成 合金基体； 所述的预变形处理是指在70(TC的环境下对合金铸锭进行锻造以细化微观组 织； 所述的多道次冷轧处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 6，使合金铸 锭中的Fe枝晶沿拉伸轴向逐渐伸长，使得合金铸锭的累积冷变形变量为2. 5 ;
所述的冷拔处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 6，使合金铸锭中的 Fe枝晶沿拉伸轴向形成定向排列的增强纤维，使得合金铸锭的累积冷变形变量为7. 6 ;
第三步、在95(TC环境下对合金基体进行固溶处理，经水冷后再分别在50(TC环境 下和20(TC环境下对合金基体进行分级时效，使固溶的Fe、P、Ag以纳米级的Fe2P， Fe3P、单 质Fe、单质Ag等形式从基体中弥散析出，大幅度提高材料的导电性能；
所述的固溶处理是指将合金铸锭加热到900°C，保温2h ; 所述的分级时效是指将冷拔变形的材料加热到50(TC，保温2h，然后冷却到 200°C ，保温2h后水冷至室温。 本实施例制备得到的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的最大应变量7. 6，其抗拉强度
1160MPa，电导率为68% IACS。 实施例3 :制备Cu-14 Fe-3Ag-0. 4P 第一步、采用中频感应炉将Cu、Fe、Ag和P在155(TC环境下熔铸成合金铸锭；
所述的Cu、 Fe、 Ag和P占合金铸锭的质量百分比为Ag3%、 Fel4%、 P 0.6%、 Cu82. 6%。 第二步、对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成 合金基体； 所述的预变形处理是指在72(TC的环境下对合金铸锭进行锻造操作以细化微观 组织； 所述的多道次冷轧处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 6，使合金铸 锭中的Fe枝晶沿拉伸轴向逐渐伸长，使得合金铸锭的冷变形变量为2. 5 ;
所述的冷拔处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 6，使合金铸锭中的 Fe枝晶沿拉伸轴向形成定向排列的增强纤维，使得合金铸锭的累积冷变形变量为7. 6 ;
第三步、在105(TC环境下对合金基体进行固溶处理，经水冷后再分别在55(TC环境下和25(TC环境下对合金基体进行分级时效，使固溶的Fe、P、Ag以纳米级的Fe2P， Fe3P、 单质Fe、单质Ag等形式从基体中弥散析出，大幅度提高材料的导电性能；
所述的固溶处理是指将合金铸锭加热到1050°C，保温2h ; 所述的分级时效是指将冷拔变形的材料加热到55(TC，保温2h，然后冷却到 250°C ，保温2h后水冷至室温。 本实施例制备得到的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的最大应变量7. 6，其抗拉强度 1276MPa，电导率为66% IACS。
权利要求
一种Cu-Fe-Ag-P原位复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比含量为Ag 1-3％、Fe 8-14％、P 0.1～0.4％，余量为Cu。
2. 根据权利要求1所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤第一步、采用中频感应炉将Cu、 Fe、 Ag和P熔化并铸成合金铸锭； 第二步、对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成合金 基体；第三步、对合金铸锭进行固溶处理，经水冷后再对合金基体进行分级时效处理，获得 Cu-Fe-Ag-P原位复合材料。
3. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，所述的熔 化是指1500-155(TC环境。
4. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，所述的预 变形处理是指在680-72(TC的环境下对合金铸锭进行锻造以细化微观组织
5. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，所述的多 道次冷轧处理是指在室温环境下每道次变形量设置为0. 5 0. 7。
6. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，在室温环 境下每道次变形量设置为0. 5 0. 7，使合金铸锭中的Fe枝晶沿拉伸轴向形成定向排列的 增强纤维，使得合金铸锭的累积冷变形变量为7-8。
7. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，所述的固 溶处理是指将合金铸锭加热到900-105(TC，保温2-4h。
8. 根据权利要求2所述的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料的制备方法，其特征是，所述的分 级时效处理是指将冷拔变形的材料加热到450-55(TC，保温l-3h，然后冷却到150_250°C， 保温l-3h后水冷至室温。
全文摘要
一种合金导电材料技术领域的Cu-Fe-Ag-P原位复合材料及其制备方法，其组分及质量百分比含量为Ag1-3％、Fe8-14％、P0.1～0.4％，余量为Cu。制备方法采用中频感应炉将Cu、Fe、Ag和P熔化并铸成合金铸锭；对合金铸锭进行预变形处理，然后进行多道次冷轧处理和冷拔处理，制成合金基体；对合金铸锭进行固溶处理，经水冷后再对合金基体进行分级时效处理，获得Cu-Fe-Ag-P原位复合材料。本发明将纤维增强与弥散强化相结合，将形变与时效处理结合，在获得多元多尺度强化效果的同时，提高材料的导电性能。
文档编号C22C1/02GK101693959SQ20091030914
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者孙宝德, 王俊, 谢志雄, 高海燕 申请人:上海交通大学;