[发明专利]一种亚稳态难混溶铜铁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种亚稳态难混溶铜铁合金及其制备方法。该亚稳态难混溶铜铁合金的组成成分及其质量百分比为：4～40％的Fe，0.1～1％的Mn，0.2～1.5％的Si，0.1～0.8％选自Co、Ag中的一种或两种元素，余量为铜及不可避免的杂质。其中，Mn以锰铁中间合金的方式加入，Si以硅铁中间合金的方式加入，Co以铜钴中间合金的方式加入，Ag以银锭的方式加入，余量的Fe以铜铁母合金的方式加入，剩余的Cu通过电解铜的方式加入。本发明在铜铁合金的基础上添加了Mn、Si、Co和/或Ag元素，且Fe采用铜铁母合金的方式加入，提高了铜铁合金成分均匀性及综合性能，获得组织细小的铁含量≥4％的铜铁合金。

技术领域

本发明涉及有色金属材料及其制备的技术领域，具体涉及一种亚稳态难混溶铜铁合金及其制备方法。

背景技术

随着我国电子电气行业的发展，铜及铜合金制品被广泛应用于引线框架、连接器及其他电子电气元件。其中铜铁合金因其优异的性能越来越受到关注，铜铁合金同时兼具铜和铁的固有特征，具有高的导热性、高的强度、高的导电性，以及其他出色的物理性能。同时铁是一种廉价的金属并且在地球上的储量非常丰富，制备铜铁合金的原料极易获取。但是铜铁合金在凝固过程中会发生严重的偏析，这阻碍了铜铁合金的大规模应用。

从热力学上分析，虽然铜铁合金的混合焓(△H_mix)为正，但是△H_mix的大小并不是很大，高温下由于熵对混合自由能的贡献，导致在高温下铜液和铁液能够互溶，但是凝固过程中缺乏热力学驱动力，液相会发生分离，分离成富Fe相的L₁和富铜相的L₂，即L→L₁(富铁相)+L₂(富铜相)，从而导致成分大量偏析，铜铁合金难以实现合金化。从Cu-Fe二元相图(图1)上来看，Fe含量大于3％以上便会发生偏析。若采用常规方法制备含铁量＞3％的Cu-Fe合金会发生严重的成分偏析或Cu和Fe相的分离。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种成分组织均匀的亚稳态难混溶铜铁合金。

本发明的上述方案通过如下技术实现：一种亚稳态难混溶铜铁合金，所述的铜铁合金的组成成分及其质量百分比为：4～40％的Fe，0.1～1％的Mn，0.2～1.5％的Si，0.1～0.8％选自Co、Ag中的一种或两种元素，余量为铜及不可避免的杂质。

在上述亚稳态难混溶铜铁合金中，其中Mn以锰铁中间合金的方式加入，Si以硅铁中间合金的方式加入，Co以铜钴中间合金的方式加入，Ag以银锭的方式加入，余量的Fe以铜铁母合金的方式加入，剩余的Cu通过电解铜的方式加入。

在本发明铜铁合金中Mn元素的添加有助于实现铜铁合金成分的均匀性；Si元素的添加能够使Fe相更加细小，还能使铜铁合金在保持高弹性的同时具有更高的强度；Co元素的添加能够更容易获得均匀的树枝状结晶，同时Co完全溶于Fe中，在不影响导电率的同时能提高合金的强度；Ag的添加能够生成更小的树枝状结晶，从而增强铜铁合金的力学性能。再者，铜铁合金中以铜铁母合金的方式加入，当母合金加入到熔体后，此时的熔体的表面能足够高，足以补偿部分摩尔过量的吉布斯自由能G_mix^Fe，表面能作为驱动力能够防止在凝固过程中富铁相的聚集，从而获得成分均匀的铜铁合金。

作为优选，铜铁母合金通过如下方法制得：配料：按质量百分比计40～50％纯铁和50～60％电解铜，在非真空感应高频炉内将原料进行熔炼，熔炼温度为1500～1600℃，反复熔炼4～5次，熔炼过程采用以下覆盖剂进行覆盖，最后熔体入模具冷却得铜铁母合金。

进一步优选，所述的覆盖剂按质量百分比配比：CaF₂ 15～20％，NaF 25～35％，Na₃AlF₆ 35～50％，CaO 5～10％。