[发明专利]一种成分均匀的铜铁中间合金及其制备方法

说明书

本发明属于有色金属冶炼技术领域，涉及一种成分均匀的铜铁中间合金及其制备方法。本发明通过加入杂质元素Ti、P、Zr、Mg改变铜铁两相间的表面能，来抵消过剩的吉布斯自由能，再通过向熔体吹氧的方式使Ti、P、Zr、Mg这些元素氧化，再以造渣的方式脱除，不仅改善了铜铁两相间的润湿性，还保证铜铁中间合金的纯净度。本发明铜铁中间合金在非真空环境下就可制备，制备成本低、生产高效，制备得到的铜铁中间合金无气孔、成分均匀、不存在铜铁分离的现象，同时铁相能够细小且均匀的分布，富铁相的平均尺寸≤30μm。

技术领域

本发明属于有色金属冶炼技术领域，涉及一种成分均匀的铜铁中间合金及其制备方法。

背景技术

Cu-Fe合金能够同时兼具铜和铁的固有特征，能够具备优异的抑菌杀毒功能、优异的导热性、高的强度、高的导电性及优异电磁屏蔽性能。铜铁合金能够应用于汽车、航天、船舶、电子电器等众多的领域，而且铁在地球上的储量非常丰富，制备铜铁合金的原料极易获取，具备很大的应用前景。Cu-Fe合金是一种典型的难混溶合金，高铁含量的铜铁合金在凝固过程中会发生严重的成分偏析，从Cu-Fe相图上看液相线下存在着液相不混溶间隙，铜铁合金凝固时熔体会发生液液分离，分离成富Fe相的L₁和富铜相的L₂，即L→L₁(富铁相)+L₂(富铜相)，从而导致铜铁合金难以合金化。

在过年的百年中人们虽然发现了铜铁合金具有许多优异的特性，由于铜铁合金在凝固过程具备液液分离这一特征，最终导致铜铁合金难以得到产业化应用。目前高铁含量铜铁合金主要通过粉末冶金、快速凝固技术等进行生产，但这些方法难以实现产业化应用。而铜铁中间合金是产业化制备成分均匀的高铁含量铜铁合金的关键，目前急需一种低成本、高效生产铜铁中间合金的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种在非真空环境下制备的低成本、生产高效、成分均匀的铜铁中间合金及其制备方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种成分均匀的铜铁中间合金，所述铜铁中间合金富铁相的平均尺寸≤30μm，其原料以质量百分比计为：Fe 40-55wt％，余量为Cu和杂质元素。

在上述的一种成分均匀的铜铁中间合金中，杂质元素为Ti、P、Zr、Mg中的一种或多种。

在上述的一种成分均匀的铜铁中间合金中，杂质元素质量百分比含量为0.01-1.5％。

作为优选，Fe以纯铁的形式加入，铜以电解铜的形式加入，Ti以铜钛中间合金的形式加入，P以铜磷中间合金的形式加入，Zr以铜锆中间合金的形式加入，Mg以铜镁中间合金的形式加入。Ti、P、Zr、Mg这些元素能很好得改善铜铁两相间的润湿性，当这些元素加入后能够改变铜铁两相间的表面能，此时铜铁两相间的表面能足够抵消过剩的吉布斯自由能。

本发明还提供了一种成分均匀的铜铁中间合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、配置上述原料；

S2、先将Fe进行熔炼，再加入Cu，熔化完成后加入杂质元素继续进行熔炼，熔炼过程中采用覆盖剂进行覆盖，熔炼结束后进行保温处理；

S3、向熔体进行吹氧处理，然后脱除杂质元素；

S4、将熔体倒入模具中，冷却后脱模得铜铁中间合金。