[发明专利]一种粉末冶金制备高弹性铜铁合金的方法

说明书

本发明公开了一种粉末冶金制备高弹性铜铁合金的方法，其特征在于：包括以下制备工艺步骤：1)配料：Fe粉的质量百分占比为10～50％，余量为Cu粉和不可避免的杂质；2)球磨混粉：将铜粉和铁粉进行球磨并混粉；3)压制：将球磨好的铜铁混合粉末进行压制形成坯料。本发明采用梯度烧结，铜粉颗粒和铁粉颗粒能够重新排布和充分烧结，为后续时效提供足够的时效动力，梯度热处理的方式保证了以细小的Fe相充分析出，实现铜铁合金强度与导电率的均衡，且弹性模量提高，本发明的铜铁合金的抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％，导电率≥45％IACS，弹性模量≥120GPa。

技术领域

本发明属于铜合金加工技术领域，具体涉及一种粉末冶金制备高弹性铜铁合金的方法。

背景技术

弹性合金广泛应用于制造各种弹性元件，例如，波纹管、膜片膜盒、压力弹簧管、弹簧接触片、热敏双金属弹簧、继电器用导电弹簧、断路器弹簧以及航空仪器仪表中用的各类弹簧。

铜铁合金也为弹性合金中的一种，即具有铜的导电性、导热性、延展性等特点，又具有铁的高强度、耐磨性以及电磁屏蔽特性，且弹性性能优异，在医疗卫生、电子信息、航天航空等方面有着巨大的应用前景。

目前，铜铁合金的方法主要包括合金化法和复合材料方法。传统合金化方法只能实现10％以下含Fe量的铜铁合金制备，粉末冶金方法能实现铜铁任意比例的铜铁合金制备，是复合材料方法中应用最为广泛的方法，在铜铁合金制备上也有应用实例。但现有的铜铁合金的制备通常采用压制后一个温度段控制烧结时间，以及冷加工后一个温度段进行热处理，但由于Cu、Fe元素的熔点相差454℃，较高温度下一定时间烧结，晶粒组织过大，铁颗粒易产生聚集，较低温度下一定时间内烧结，组织致密度不高，现有的制备方法难以获得高弹性的铜铁合金，弹性模量一般在110GPa以下，而现代工业的发展加速了电子元器件小型化、精密化、高性能化的发展，尤其是载人航天、探月工程、卫星导航系统、核心电子器件等行业，因此对铜合金在弹性性能方面提出了更高的要求。

如中国发明专利申请号为CN202010406862.X(公开号为CN111424188A)公开了一种高导电高强铜铁合金及其制备方法，包括下述的步骤：(1)按Fe含量为5-25wt.％，余量为Cu及不可避免的杂质，将合金原料采用雾化法制备成合金粉末；(2)首先将合金粉末在30-300MPa的压力下压制得到粉末压坯；然后在还原气氛下，将粉末压坯在900-1300℃条件下进行烧结，时间为0.5-2h，或者在还原气氛下，采用电火花活化烧结将合金粉末进行烧结，烧结温度为800-950℃，保压时间为10-45min。(3)将烧结坯进行冷加工变形处理，得到变形态Cu-Fe材料；(4)将变形态Cu-Fe材料进行时效处理；依次重复进行步骤(3)和(4)，变形-时效处理多次得到高导电高强铜铁合金；所述冷加工变形处理单次变形量为0-30％，总变形量为0-90％；所述时效处理的温度为200-400℃，时间为0.5-1.5h。该发明中烧结和时效处理的温度为一个时间段，并不能完全保证铜铁合金中铁的分散和析出，从而最终影响铜铁合金综合性能的获得，特别是对于弹性性能的提高不利。

发明内容

本发明提供一种粉末冶金制备高弹性铜铁合金的方法，解决现有铜铁合金的弹性性能低，且具有高强度、高导电率，综合性能优异。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金制备高弹性铜铁合金的方法，其特征在于：包括以下制备工艺步骤：

1)配料：Fe粉的质量百分占比为10～50％，余量为Cu粉和不可避免的杂质；

2)球磨混粉：将铜粉和铁粉进行球磨并混粉；

3)压制：将球磨好的铜铁混合粉末进行压制形成坯料；

4)烧结：将压制后的坯料进行梯度烧结；在还原气氛下进行烧结，先将坯料温度控制在1050～1300℃之间，保温1～15min，随后将坯料温度降至850～1000℃，保温0.5～2.5h，所述还原气氛为一氧化碳和氢气中的至少一种；