本发明属于铜合金加工技术领域，具体涉及一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
cu-fe合金是一种典型的亚稳态不混溶合金，它将继承构成其元素cu的高导电和导热性以及fe的高强度，电磁特性和耐磨性。因此，cu-fe系合金材料具备其他cu合金材料不同的两点特性：一是吸收电波的功能，二是电磁波屏蔽效果。cu-fe合金的特性使其在电磁屏蔽室、5g手机散热板、屏蔽罩，无线充电线路板和手机卡套等方面具有广泛的应用前景。此外，与其他铜合金相比，cu-fe系合金还具备制造成本低、无毒制备、原材料储备丰富等优势。因此，在未来发展中cu-fe合金材料将在航空航天、电子信息、医疗器械等方面发挥重大作用。
然而，高铁含量的cu-fe合金在熔融状态下易发生液相分离而进入液相不混溶区，且fe含量越高，越易发生液相分离。因此在凝固过程中，fe相会发生枝晶偏析，分布不均匀等现象，cu-fe合金铸锭也易产生缩孔和气孔。此类缺陷严重制约了cu-fe合金后续的加工变形能力。优化铸造方式，改变铸造条件和添加变质剂能显著改善cu-fe系合金铸锭质量和fe相的枝晶偏析行为，对推动cu-fe系合金材料的成材和使用具有重大经济效益。
技术实现要素：
针对高fe含量cu-fe合金中存在的fe相枝晶偏析和cu-fe合金铸锭缩孔和气孔等问题，本发明的目的为通过合金化、结合电磁场条件下铸造改善合金铸锭质量，且结合形变热处理工艺制备cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，提升合金综合性能。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，包括以下质量百分数的组分：5％～15％的fe，0.01％～0.5％的cr，0.01％～0.5％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。
一种上述的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)配料：按配比配料，原料采用纯铁、cu-cr中间合金、纯镁以及纯铜；
2)熔炼：在真空炉内进行熔炼，将配好的纯铜和纯铁放入真空炉内的熔炼坩埚中，将纯镁和cu-cr中间合金放到真空炉内的加料托盘上，然后关闭炉盖抽真空，抽真空完成后充入氩气保护，熔炼温度为1400℃～1450℃，保温温度为1330℃～1370℃，保温10min～20min后加入纯镁和cu-cr中间合金，然后再保温3min～5min；
3)铸造：在步骤2)中的真空炉内进行铸造，将铸造坩埚套设在电磁感应线圈中，然后开启电磁场控制开关进行电磁搅拌，将熔炼坩埚中的熔液倒入铸造坩埚中，铸造坩埚中的熔液降温冷却且同时被电磁搅拌，冷却凝固后得到成分均匀、无气孔的合金铸锭；
4)均匀化处理：将步骤3)制得的合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为900℃～1000℃，均匀化处理时间为2h～5h，均匀化处理完成后进行铣面；
5)一次轧制：将步骤4)铣面处理完成后得到的产物进行一次轧制，总变形量为75％～85％；
6)一次中间退火：将步骤5)一次轧制完成后得到的产物进行一次中间退火，一次中间退火温度为450℃～550℃，一次中间退火时间为1h～3h；
7)二次轧制：将步骤6)一次中间退火完成后得到的产物进行二次轧制，总变形量为60％～70％；
8)二次中间退火：将步骤7)二次轧制完成后得到的产物进行二次中间退火，二次中间退火温度为400℃～500℃，二次中间退火时间为1h～3h；
9)三次轧制：将步骤8)二次中间退火完成后得到的产物进行三次轧制，总变形量为50％～60％；
10)时效处理：将步骤9)三次轧制完成后得到的产物进行时效处理，时效温度为275℃～325℃，时效时间为1h～3h，完成后制得cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料。
优选的，步骤1)中，所述纯铜、纯铁以及纯镁的质量百分数纯度均不低于99.95wt％，cu-cr中间合金中cr的质量百分数为3％～10％。
优选的，步骤2)具体为：真空炉抽真空到-0.1mpa以下，然后炉内充入氩气至常压进行洗炉，然后再次抽真空至-0.1mpa以下，然后再次充入氩气至0.5mpa；
所用氩气为高纯氩气，氩气的体积百分数纯度为99.99％。
优选的，一次轧制、二次轧制以及三次轧制的总变形量为95％～97％。
本发明取得的有益效果为：
1)本发明通过在氩气环境下熔炼并结合电磁搅拌条件下铸造的方式，制备了cu-fe-cr-mg合金铸锭，然后通过“均匀化处理-一次轧制-一次中间退回-二次轧制-二次中间退火-三次轧制-时效处理”工艺实现了高强高导耐热cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备；
通过合金化法和电磁搅拌下的铸造工艺有效抑制了合金的中fe的偏析和大颗粒fe晶球的生成，同时提高了cu-fe-mg-cr合金铸坯质量；
其中mg元素起到变质剂和除杂、除气和降低fe相在cu中的固溶度的作用；
而施加的电磁场通过电磁感应产生的电磁力推动熔液有规律的运动，破碎fe枝晶，显著细化fe相和cu晶粒，使fe分布更加均匀，因此，不同fe含量的cu-fe-cr-mg合金中fe枝晶的平均粒径大小介于5～10μm之间，且分布均匀；
从而保证了合金的后续加工得以顺利进行，最终使得产品的成分和性能均匀。
2)cu-fe系合金在变性过程中，fe枝晶转变为fe纤维，fe纤维具有较强的纤维强化效果，因此，变形态cu-fe系合金能获得较高的抗拉强度，然而，fe纤维不稳定，在大于400℃温度时易发生断裂和球化，导致合金的抗拉强度急剧下降；
cr主要分布于fe相中，使fe纤维的强度和热稳定性得到大幅度提升，本发明证实了cr的加入使cu-fe-cr-mg合金的软化温度提升了50℃以上；
此外，均匀化处理和多阶段中间退火过程中，固溶的fe相从cu基体中析出且mg的添加进一步促进了fe相的析出，由于析出相对位错以及位错环的钉扎作用而表现出较强的析出强化效应，同时，析出相的析出降低了溶质原子对cu晶格畸变的影响，减小了电子在运动过程中的散射作用，使得cu-fe-cr-mg合金的导电性能得到大幅度提升，导电率的提升使得cu-fe-cr-mg合金的电磁屏蔽效应也得到提升。
3)本申请制得的高强高导耐热cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的抗拉强度可达到600mpa～1050mpa，软化温度达到450℃以上，导电率达到55％iacs～70％iacs，在30mhz到1.4ghz的范围内电磁屏蔽效应达到80db～170db。
本发明提供的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料具有综合性能优异、价格低廉的特点，在电磁屏蔽室、5g手机散热板、屏蔽罩，无线充电线路板和手机卡套等方面具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本申请的实施例提供的一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法中的所用的真空炉的结构示意图；
图2a为实施例1制备的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的铸态组织图；
图2b为对比例1制备的合金的铸态组织图；
图3为实施例2制备的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的铸态组织图；
图中：1热电偶，2观察室，3加料托盘，4熔炼坩埚，5铸造坩埚，6隔热层，7电磁感应线圈。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
参考图1-图3，图中：热电偶1，观察室2，加料托盘3，熔炼坩埚4，铸造坩埚5，隔热层6，电磁感应线圈7。
本申请提供了一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，包括以下质量百分数的组分：5％～15％的fe，0.01％～0.5％的cr，0.01％～0.5％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。
本申请还提供了一种上述的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)配料：按配比配料，原料采用纯铁、cu-cr中间合金、纯镁以及纯铜；
2)熔炼：在真空炉内进行熔炼，将配好的纯铜和纯铁放入真空炉内的熔炼坩埚中，将纯镁和cu-cr中间合金放到真空炉内的加料托盘上，然后关闭炉盖抽真空，抽真空完成后充入氩气保护，熔炼温度为1400℃～1450℃，保温温度为1330℃～1370℃，保温10min～20min后加入纯镁和cu-cr中间合金，然后再保温3min～5min；
3)铸造：在步骤2)中的真空炉内进行铸造，将铸造坩埚套设在电磁感应线圈中，然后开启电磁场控制开关进行电磁搅拌，将熔炼坩埚中的熔液倒入铸造坩埚中，铸造坩埚中的熔液降温冷却且同时被电磁搅拌，冷却凝固后得到成分均匀、无气孔的合金铸锭；
4)均匀化处理：将步骤3)制得的合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为900℃～1000℃，均匀化处理时间为2h～5h，均匀化处理完成后进行铣面；
5)一次轧制：将步骤4)铣面处理完成后得到的产物进行一次轧制，总变形量为75％～85％；
6)一次中间退火：将步骤5)一次轧制完成后得到的产物进行一次中间退火，一次中间退火温度为450℃～550℃，一次中间退火时间为1h～3h；
7)二次轧制：将步骤6)一次中间退火完成后得到的产物进行二次轧制，总变形量为60％～70％；
8)二次中间退火：将步骤7)二次轧制完成后得到的产物进行二次中间退火，二次中间退火温度为400℃～500℃，二次中间退火时间为1h～3h；
9)三次轧制：将步骤8)二次中间退火完成后得到的产物进行三次轧制，总变形量为50％～60％；
10)时效处理：将步骤9)三次轧制完成后得到的产物进行时效处理，时效温度为275℃～325℃，时效时间为1h～3h，完成后制得cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料。
在本申请的一个实施例中，步骤1)中，所述纯铜、纯铁以及纯镁的质量百分数纯度均不低于99.95wt％，cu-cr中间合金中cr的质量百分数为3％～10％。
在本申请的一个实施例中，步骤2)具体为：真空炉抽真空到-0.1mpa以下，然后炉内充入氩气至常压进行洗炉，然后再次抽真空至-0.1mpa以下，然后再次充入氩气至0.5mpa；
所用氩气为高纯氩气，氩气的体积百分数纯度为99.99％。
在本申请的一个实施例中，一次轧制、二次轧制以及三次轧制的总变形量为95％～97％。
本申请中，优选的，均匀化处理温度为950℃且时间为2h，具体为退火炉升温至950℃后，将样品放入炉内，保温2小时后关闭退火炉电源，然后随炉冷却至室温。
本申请中，优选的，一次中间退火温度为500℃，二次中间退火温度为450℃，二者退火时间均为1h，具体为退火炉升温至设定温度后，将样品放入炉内，保温1h后将样品空冷至室温；优选的，时效温度为300℃，时效时间为1h，其冷却方式为空冷。
本发明对上述方法中未提及的处理设备及工艺参数没有限制，采用本技术领域内技术人员熟知的处理设备及工艺参数即可。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
实施例1提供了一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，包括以下质量百分数的组分：15wt％的fe，0.5wt％的cr，0.5wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。
上述实施例1提供的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)配料：按配比配料，原料采用纯铁、cu-cr中间合金、纯镁以及纯铜；
步骤1)中，所述纯铜、纯铁以及纯镁的质量百分数纯度均为99.95wt％，cu-cr中间合金中铬的质量百分数为5％；
2)熔炼：在真空炉内进行熔炼，将配好的纯铜和纯铁放入真空炉内的熔炼坩埚中，将纯镁和cu-cr中间合金放到真空炉内的加料托盘上，然后关闭炉盖抽真空，抽真空完成后充入氩气保护，熔炼温度为1400℃～1450℃，保温温度为1330℃～1370℃，保温20min后加入纯镁和cu-cr中间合金，然后再保温3min～5min；
步骤2)具体为：真空炉抽真空到-0.1mpa以下，然后炉内充入氩气至常压进行洗炉，然后再次抽真空至-0.1mpa以下，然后再次充入氩气至0.5mpa，所用氩气为高纯氩气，氩气纯度为99.99％；
3)铸造：在步骤2)中的真空炉内进行铸造，将铸造坩埚套设在电磁感应线圈中，然后开启电磁场控制开关进行电磁搅拌，将熔炼坩埚中的熔液倒入铸造坩埚中，铸造坩埚中的熔液降温冷却且同时被电磁搅拌，电磁搅拌30min后关闭感应磁场，2h后开炉取样，得到成分均匀、无气孔的合金铸锭；
4)均匀化处理：将步骤3)制得的合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，均匀化处理时间为2h，均匀化处理完成后进行铣面；
5)一次轧制：将步骤4)铣面处理完成后得到的产物进行一次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为80％；
6)一次中间退火：将步骤5)一次轧制完成后得到的产物进行一次中间退火，一次中间退火温度为500℃，一次中间退火时间为1h，空冷；
7)二次轧制：将步骤6)一次中间退火完成后得到的产物进行二次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为66.7％；
8)二次中间退火：将步骤7)二次轧制完成后得到的产物进行二次中间退火，二次中间退火温度为450℃，二次中间退火时间为1h，空冷；
9)三次轧制：将步骤8)二次中间退火完成后得到的产物进行三次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为58.3％，最终板材厚度为0.5mm；
10)时效处理：将步骤9)三次轧制完成后得到的产物进行时效处理，时效温度为300℃，时效时间为1h，空冷，完成后制得cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料。
上述实施例1制备的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的铸态组织如图2中a图所示。
对比例1
制备方法中的其他条件与实施例1相同，不同之处在于：铸造过程在无电磁场搅拌作用下进行，其铸态组织如图2中的b图所示。
实施例2
实施例2提供了一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，0.3wt％的cr，0.3wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。
上述实施例2提供的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)配料：按配比配料，原料采用纯铁、cu-cr中间合金、纯镁以及纯铜；
步骤1)中，所述纯铜、纯铁以及纯镁的质量百分数纯度均为99.95wt％，cu-cr中间合金中铬的质量百分数为5％；
2)熔炼：在真空炉内进行熔炼，将配好的纯铜和纯铁放入真空炉内的熔炼坩埚中，将纯镁和cu-cr中间合金放到真空炉内的加料托盘上，然后关闭炉盖抽真空，抽真空完成后充入氩气保护，熔炼温度为1400℃～1450℃，保温温度为1330℃～1370℃，保温20min后加入纯镁和cu-cr中间合金，然后再保温3min～5min；
步骤2)具体为：真空炉抽真空到-0.1mpa以下，然后炉内充入氩气至常压进行洗炉，然后再次抽真空至-0.1mpa以下，然后再次充入氩气至0.5mpa，所用氩气为高纯氩气，氩气纯度为99.99％；
3)铸造：在步骤2)中的真空炉内进行铸造，将铸造坩埚套设在电磁感应线圈中，然后开启电磁场控制开关进行电磁搅拌，将熔炼坩埚中的熔液倒入铸造坩埚中，铸造坩埚中的熔液降温冷却且同时被电磁搅拌，电磁搅拌30min后关闭感应磁场，2h后开炉取样，得到成分均匀、无气孔的合金铸锭；
4)均匀化处理：将步骤3)制得的合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，均匀化处理时间为2h，均匀化处理完成后进行铣面；
5)一次轧制：将步骤4)铣面处理完成后得到的产物进行一次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为80％；
6)一次中间退火：将步骤5)一次轧制完成后得到的产物进行一次中间退火，一次中间退火温度为500℃，一次中间退火时间为1h，空冷；
7)二次轧制：将步骤6)一次中间退火完成后得到的产物进行二次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为66.7％；
8)二次中间退火：将步骤7)二次轧制完成后得到的产物进行二次中间退火，二次中间退火温度为450℃，二次中间退火时间为1h，空冷；
9)三次轧制：将步骤8)二次中间退火完成后得到的产物进行三次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为58.3％，最终板材厚度为0.5mm；
10)时效处理：将步骤9)三次轧制完成后得到的产物进行时效处理，时效温度为300℃，时效时间为1h，空冷，完成后制得cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料。
上述实施例2制备的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的铸态组织如图3所示。
对比例2
对比例2的合金包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，余量为cu以及不可避免的杂质。对比例2的制备方法与实施例2相同。
对比例3
对比例3的合金包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，0.3wt％的cr，余量为cu以及不可避免的杂质。对比例3的制备方法与实施例2相同。
对比例4
对比例4的合金包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，0.3wt％的cr，0.5wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。对比例4的制备方法与实施例2相同。
对比例5
对比例5的合金包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，0.3wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。对比例5的制备方法与实施例2相同。
对比例6
对比例6的合金包括以下质量百分数的组分：7wt％的fe，0.5wt％的cr，0.3wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。对比例6的制备方法与实施例2相同。
实施例3
实施例3提供了一种cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料，包括以下质量百分数的组分：5wt％的fe，0.3wt％的cr，0.3wt％的mg，余量为cu以及不可避免的杂质。
上述实施例3提供的cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)配料：按配比配料，原料采用纯铁、cu-cr中间合金、纯镁以及纯铜；
步骤1)中，所述纯铜、纯铁以及纯镁的质量百分数纯度均为99.95wt％，cu-cr中间合金中铬的质量百分数为5％；
2)熔炼：在真空炉内进行熔炼，将配好的纯铜和纯铁放入真空炉内的熔炼坩埚中，将纯镁和cu-cr中间合金放到真空炉内的加料托盘上，然后关闭炉盖抽真空，抽真空完成后充入氩气保护，熔炼温度为1400℃～1450℃，保温温度为1330℃～1370℃，保温20min后加入纯镁和cu-cr中间合金，然后再保温3min～5min；
步骤2)具体为：真空炉抽真空到-0.1mpa以下，然后炉内充入氩气至常压进行洗炉，然后再次抽真空至-0.1mpa以下，然后再次充入氩气至0.5mpa，所用氩气为高纯氩气，氩气纯度为99.99％；
3)铸造：在步骤2)中的真空炉内进行铸造，将铸造坩埚套设在电磁感应线圈中，然后开启电磁场控制开关进行电磁搅拌，将熔炼坩埚中的熔液倒入铸造坩埚中，铸造坩埚中的熔液降温冷却且同时被电磁搅拌，电磁搅拌30min后关闭感应磁场，2h后开炉取样，得到成分均匀、无气孔的合金铸锭；
4)均匀化处理：将步骤3)制得的合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为950℃，均匀化处理时间为2h，均匀化处理完成后进行铣面；
5)一次轧制：将步骤4)铣面处理完成后得到的产物进行一次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为80％；
6)一次中间退火：将步骤5)一次轧制完成后得到的产物进行一次中间退火，一次中间退火温度为500℃，一次中间退火时间为1h，空冷；
7)二次轧制：将步骤6)一次中间退火完成后得到的产物进行二次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为66.7％；
8)二次中间退火：将步骤7)二次轧制完成后得到的产物进行二次中间退火，二次中间退火温度为450℃，二次中间退火时间为1h，空冷；
9)三次轧制：将步骤8)二次中间退火完成后得到的产物进行三次轧制，按道次变形量由大到小轧制，总变形量为58.3％，最终板材厚度为0.5mm；
10)时效处理：将步骤9)三次轧制完成后得到的产物进行时效处理，时效温度为300℃，时效时间为1h，空冷，完成后制得cu-fe-cr-mg电磁屏蔽材料。
上述实施例和对比例制备的合金的力学性能、导电性能和耐温性能如表1所示。
表1实施例和对比例制备的合金的力学性能、导电性能和耐温性能
上述实施例和对比例制备的合金在不同电磁信号下的电磁屏蔽效应如表2所示。
表2实施例和对比例制备的合金在不同电磁信号下的电磁屏蔽效应
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。