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高性能cu-fe合金薄带材及其短流程制备技术

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沈阳工业大学学报 2024年第4期46卷 403-408页

作者：孙文博吴诗睿吴天模张元祥袁国东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

为了解决cu-fe合金常规制备流程中重力分层的问题,利用铸轧工艺的亚快速凝固特点抑制其液相分离,并结合Marangoni效应及热泳力的耦合作用合理调控铸轧参数,获得厚度为2.2~2.4 mm、铁磁相尺寸和分布可控的cu-20%fe和cu-30%fe带材。通过... 详细信息

为了解决cu-fe合金常规制备流程中重力分层的问题,利用铸轧工艺的亚快速凝固特点抑制其液相分离,并结合Marangoni效应及热泳力的耦合作用合理调控铸轧参数,获得厚度为2.2~2.4 mm、铁磁相尺寸和分布可控的cu-20%fe和cu-30%fe带材。通过金相与EBSD分析确定铸带形成了cu相-富fe相-cu相的“三明治”层状复合结构,其中cu-20%fe铸带中的fe相分布更为均匀,且EBSD分析结果表明凝固层中形成了大量的低能晶界,如Σ1和Σ3等。将cu-20%fe合金从2.4 mm冷轧至0.4 mm,在不同温度下进行热处理后继续冷轧至0.12 mm。结果表明:450℃热处理对轧板性能更好,导电率超过50%IACS,抗拉强度超过600 MPa,均匀伸长率达到7.5%,饱和磁化强度超过4.24×10^(5)A/m。

关键词： cu-fe合金薄带材亚稳液相分离双辊铸轧亚快速凝固 Marangoni迁移低能晶界 Σ3晶界

cu-fe合金薄带温轧过程中的宽展模型研究

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冶金自动化 2024年第05期 73-79页

作者：牛文勇林保森郝志强孙涛李建平东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室鞍钢集团钢铁研究院

cu-fe合金具有优良的性能，且fe含量的升高还能降低成本，但高fe含量的cu-fe合金在常温下属于难变形材料，利用温轧可以提高其可加工性。与冷轧不同的是，温轧时合金会发生一定宽展，这会影响加工时产品尺寸精度的控制。因此，本研究针... 详细信息

cu-fe合金具有优良的性能，且fe含量的升高还能降低成本，但高fe含量的cu-fe合金在常温下属于难变形材料，利用温轧可以提高其可加工性。与冷轧不同的是，温轧时合金会发生一定宽展，这会影响加工时产品尺寸精度的控制。因此，本研究针对cu-fe合金，通过实验研究在不同温轧工艺下，张力、压下率和温度等因素对一定尺寸的cu-fe合金板材宽展的影响，开发出适用于cu-fe合金薄带温轧过程的宽展数学模型。结果表明，温轧过程中张力对宽展影响很小，压下率和温度的增加都会导致宽展增大，但温度的作用要大于压下率；在巴赫契诺夫宽展公式基础上进行了优化，获得了应用于cu-fe合金板材试样温轧的宽展模型。通过在液压张力温轧机上进行试验验证，模型误差很小，精度范围在±10%以内，因此宽展模型可以用于温轧过程cu-fe合金板带宽展的预测。

关键词： cu-fe合金温轧宽展压下率数学模型

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cu-fe合金的强磁场固溶时效行为

材料研究学报 2009年第5期23卷 483-489页

作者：左小伟王恩刚屈磊张林李贵茂赫冀成东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110004

将cu-15%fe(质量分数)合金在强磁场中进行不同固溶时效处理,研究了合金的时效行为.结果表明,施加10 T强磁场可以促进第二相fe枝晶的球化,而且fe枝晶的形貌受强磁场的球化作用与高温缓慢冷却引起的粗化作用的影响.在cu-15%fe合金1000℃... 详细信息

将cu-15%fe(质量分数)合金在强磁场中进行不同固溶时效处理,研究了合金的时效行为.结果表明,施加10 T强磁场可以促进第二相fe枝晶的球化,而且fe枝晶的形貌受强磁场的球化作用与高温缓慢冷却引起的粗化作用的影响.在cu-15%fe合金1000℃固溶处理中,施加10 T强磁场使基体中的fe含量降低了0.39%.这表明,强磁场在一定程度上促进了fe在cu基体中的析出,获得与缓冷相类似的效果;施加10 T强磁场固溶处理并在10 T强磁场作用下经500℃时效处理后,基体中的fe含量较低.其原因是,施加强磁场后fe原子的析出规律受温度制度和析出相磁性转变的共同影响.施加强磁场改变了原子的激活能,进而影响了原子的扩散行为.

关键词：金属材料强磁场 cu-fe合金固溶处理时效处理扩散

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cu-fe合金制备技术研究进展

粉末冶金技术 2019年第6期37卷 468-474页

作者：胡号李雷许磊历长云张珊珊米国发河南理工大学材料科学与工程学院焦作454000 上海电机学院材料学院上海201306

cu-fe合金成本低廉、较易熔炼且具有优良的综合性能,其应用前景非常广阔,但制备过程中固溶在cu基体中的fe会严重影响合金导电性,使其发展受到了限制。本文综述了利用形变原位复合法、快速凝固法、多元合金化法、粉末冶金法等方法制备高... 详细信息

cu-fe合金成本低廉、较易熔炼且具有优良的综合性能,其应用前景非常广阔,但制备过程中固溶在cu基体中的fe会严重影响合金导电性,使其发展受到了限制。本文综述了利用形变原位复合法、快速凝固法、多元合金化法、粉末冶金法等方法制备高强高导cu-fe合金的原理和特点,总结了不同方法的优势和存在的弊端,着重讨论了抑制cu基体中fe固溶和促进fe析出的问题,并展望了通过优化粉末冶金工艺和多元合金化制备cu-fe合金的重要方向。

关键词： cu-fe合金固溶制备方法粉末冶金多元合金化

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cu-fe合金的研究现状

铸造技术 2016年第7期37卷 1311-1314页

作者：马涛李运刚华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063009

cu-fe合金具有优良的导电性和较高的强度,在众多领域有着广泛的应用价值。目前制备cu-fe合金的方法主要包括机械合金化法、快速凝固法、形变原位复合法,但这些方法存在成本高、难以同时获得高强高导合金等问题。结合电沉积与热处理特性... 详细信息

cu-fe合金具有优良的导电性和较高的强度,在众多领域有着广泛的应用价值。目前制备cu-fe合金的方法主要包括机械合金化法、快速凝固法、形变原位复合法,但这些方法存在成本高、难以同时获得高强高导合金等问题。结合电沉积与热处理特性,指出了利用电沉积法制备cu-fe合金将是未来的主要发展研究方向,并且具有较好的前景。

关键词： cu-fe合金高强高导制备方法电沉积热处理

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cu-fe合金的制备及其电磁性能研究

Cu-Fe合金的制备及其电磁性能研究

作者：冯宴荣长安大学

学位级别：硕士

随着信息时代的快速发展,电子设备产生了大量的电磁污染,不仅会引起器件损坏还危及到人类的身体健康。电磁屏蔽是避免电磁危害最有效的方法。众多电磁屏蔽材料中,cu-fe合金极具应用潜力,在航空航天、电子通讯等领域也具有广泛的应用前... 详细信息

随着信息时代的快速发展,电子设备产生了大量的电磁污染,不仅会引起器件损坏还危及到人类的身体健康。电磁屏蔽是避免电磁危害最有效的方法。众多电磁屏蔽材料中,cu-fe合金极具应用潜力,在航空航天、电子通讯等领域也具有广泛的应用前景。然而,目前关于cu-fe合金电磁屏蔽特性的研究分析较少。因此,本文系统研究cu/fe质量比、热处理温度、制备过程以及铁粉种类和形貌对cu-fe合金导电性能、磁性能和电磁屏蔽性能的影响,协同提高cu-fe合金在30 MHz～1.5 GHz频率范围内对电磁波的屏蔽作用,并探讨了cu-fe合金的屏蔽机制。主要研究结果如下:(1)采用热压烧结和热轧两步法制备了不同质量比的cu-fe合金。系统研究fe含量对cu-fe合金的组织、电导率、磁性能以及电磁屏蔽性能的影响。结果表明:经过两步法制备的cu-fe合金主要由α-fe和cu两相组成,且fe相分布均匀。cu-fe合金电导率随fe含量的增加而降低,饱和磁感应强度随fe含量的增加而增加。在30MHz～1.5 GHz频率范围内,cu-fe合金的屏蔽效能值(Shielding Effectiveness,SE)随fe含量的增加而逐渐降低,尤其在高频区,SE值随频率的增加而显著降低。cu-20fe合金由于良好的导电性以及磁性能,在此频率范围内表现出优异的电磁屏蔽性能,其SE值为105～113 d B。cu-fe合金电磁屏蔽性能主要由导电性和磁性能共同影响,其电磁屏蔽机理主要由反射、吸收和电导损耗组成。(2)系统研究退火温度对cu-20fe合金的组织、电导率、磁性能以及电磁屏蔽性能的影响。结果表明:在热处理过程中,随退火温度的升高,合金的平均晶粒尺寸增加,应力降低,对电子散射作用降低,其电导率和磁性能有所升高。然而,当退火温度达到900℃时,出现细小晶粒且分布不均匀,合金电导率、磁性能均有降低。退火温度为700℃的cu-20fe合金电磁屏蔽性能更为优异,其SE值为107～116 d B。因此,选择700℃作为cu-20fe合金的最佳退火温度。(3)系统研究制备过程对cu-20fe合金的组织、电导率、磁性能和电磁屏蔽性能的影响。结果表明:与热压状态相比,热轧状态的cu-20fe合金平均晶粒尺寸增加,但小角度晶界、变形组织和应力大幅增加,导致合金电导率和磁性能下降。cu-20fe合金经退火后,由于回复再结晶过程的发生,平均晶粒尺寸增加,同时小角度晶界、变形组织和应力明显降低,从而合金电导率和磁性能相比较于热轧后明显增加,进一步使其对电磁波的反射、吸收和电导损耗增加,电磁屏蔽性能达到最佳。(4)系统研究铁粉种类及形貌对cu-20fe合金的组织、电导率、磁性能以及电磁屏蔽性能的影响。结果表明:由于铁粉本身性质的差异,高纯铁粉制备的cu-20fe合金电导率、磁性能和电磁屏蔽性能均优于还原铁粉和羰基铁粉制备的合金。片状羰基铁粉制备的cu-20fe合金相比于球状和纤维状制备的合金内部各相之间存在面-面接触,导电网络增加,其电导率达到41.1599%IACS。同时片状羰基铁粉具有较高的纵横比、磁损耗和各向异性,可以抑制涡流损失、提高合金对电磁波的吸收以及突破Snoek限制。因此,在30 MHz～1.5 GHz频率范围内,片状羰基铁粉制备的cu-20fe合金具有最为优异的电磁屏蔽性能,其SE值为110～117 dB。

关键词： cu-fe合金电导率磁性能电磁屏蔽性能

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cu-fe合金铸态组织演变的实验研究

Cu-Fe合金铸态组织演变的实验研究

作者：柳世铭东北大学

学位级别：硕士

原位形变铜基复合材料具有较高的强度和良好的导电性,在高脉冲磁场导体、引线框架等多个领域有广泛的应用前景。其中,cu-fe复合材料fe纤维强化显著、价格低廉而受到广泛关注。调控优化cu-fe原位复合材料强度和导电率的匹配关系,提高材... 详细信息

原位形变铜基复合材料具有较高的强度和良好的导电性,在高脉冲磁场导体、引线框架等多个领域有广泛的应用前景。其中,cu-fe复合材料fe纤维强化显著、价格低廉而受到广泛关注。调控优化cu-fe原位复合材料强度和导电率的匹配关系,提高材料的综合性能一直是研究热点。本文设计并制备了不同含fe量的cu-fe合金,分别采用水冷铜模和石墨坩埚进行不同冷却速率的浇铸实验,并在浇铸过程中施加不同参数的搅拌磁场,考察了冷却速率、搅拌参数和fe含量等对cu-fe合金微观组织和宏观组织的影响,得到如下结论：富fe相在铜基中呈现5种不同的形态,cu-fe合金铸态组织存在fe的偏析现象,样品从上往下偏析逐渐减轻,晶粒逐渐细化,富fe相颗粒逐渐减小,分布变得较均匀。水冷冷却方式铸造的合金球状晶直径尺寸主要分布在10-20μm范围内,空冷冷却方式铸造的合金球状晶直径尺寸主要分布在30-40μm范围内;随冷却速率增加,合金中晶粒变细,析出的富fe相更均匀细小。随着合金中铁含量的增加,富fe相颗粒增多,枝晶数量减少,尺寸逐渐变大,偏析加重。施加电磁搅拌后,fe相偏析减小,晶粒细化,宏观上产生白色网状富铜区域。随着搅拌力增大,样品内部白色网状富铜区域呈现先增大后减小的趋势,搅拌越充分,白色网状富铜区域越致密。随着搅拌电流增加,fe相逐渐向中心迁移、聚集,球状晶平均直径减小;随着搅拌频率增大,球状晶平均直径减小,晶粒得到细化。当搅拌频率为20Hz、电流为200A时,cu-6%fe合金球状晶平均直径仅为10μm左右,尺寸非常小,分布较均匀;将电磁搅拌作用引入到cu-fe合金的凝固制备中,效果较理想。

关键词： cu-fe合金铸态组织冷却速率成分电磁搅拌

cu-fe合金液相分离行为及cu/fe双金属复合材料研究

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Cu-Fe合金液相分离行为及Cu/Fe双金属复合材料研究

作者：熊磊南昌大学

学位级别：硕士

cu-fe合金属于亚稳难混熔合金,其二元平衡相图的液相线下方存在亚稳态的不混溶间隙区。在合金凝固过程中,当熔体被过冷至该区域时液相分离便会发生。国外有通过快速凝固手段研究cu-fe合金液相分离现象。但鲜有合金元素对cu-fe合金液相... 详细信息

cu-fe合金属于亚稳难混熔合金,其二元平衡相图的液相线下方存在亚稳态的不混溶间隙区。在合金凝固过程中,当熔体被过冷至该区域时液相分离便会发生。国外有通过快速凝固手段研究cu-fe合金液相分离现象。但鲜有合金元素对cu-fe合金液相分离影响的研究报道。本文前期研究发现,C元素的加入会造成cu-fe合金发生液相分离,由于发生液相分离对合金的组织和性能具有重大影响,因此,开展C元素对cu-fe合金液分离行为及组织与性能影响规律的研究工作是十分必要的,对cu-fe合金的实际生产和新材料的开发具有重要的指导意义。基于前期研究发现,本文使用真空熔铸法制备了不同C含量的cu-14fe-xC合金（x=0,0.05,0.2,0.7 wt.%）,主要研究了C元素加入后合金显微组织、显微硬度及电导率的变化规律。结合cu-fe二元合金相图以及cu-fe-C三元合金相图,深入分析了不同C含量下合金的凝固行为,进一步揭示了C元素加入后合金的组织演变机理。最后利用离心铸造技术制备了 cu/fe双金属复合材料,并对其组织形貌和显微硬度进行了分析。主要研究结论如下:***-14fe合金的凝固方式为正常的液固相变。在凝固过程中,初生的γ-fe相首先从合金熔体中析出,并以树枝晶的方式生长,最终形成的合金凝固组织由富cu基体与树枝状的富fe第二相组成。C元素加入后,cu-fe合金的液相不混溶区域由亚稳态转变为稳态,并能够稳定存在于液固相线的上方。因此,在使用常规的真空熔铸法制备cu-14fe-C合金的过程中,当合金熔体被冷却至稳态不混溶间隙区时,将发生液相分离,均质熔体将分解成两个成分不同的富cu相与富fe相。分离后的富fe相以细小的球形液滴状存在,且在布朗运动的作用下发生碰撞和凝并,变成尺寸较大的球状液滴。大尺寸的富fe球状液滴在Marangoni迁移和Stokes运动的作用下继续发生碰撞和凝并,变成尺寸更大的球状液滴。最终形成的合金凝固组织由富cu基体与球形颗粒状的富fe第二相组成。球形颗粒状的富fe第二相的尺寸主要由熔体发生液相分离后,富fe相液滴发生碰撞和凝并的时间所决定。C元素的加入量越多,cu-fe-C合金中的稳态不混溶间隙区的温度范围越大,合金熔体发生液相分离后富fe相液滴发生碰撞和凝并的时间则越长,最终cu基体中的球形颗粒状的富fe第二相的尺寸越大。2.C元素的加入能够降低cu-fe合金中fe在cu中的最大固溶度。C元素的加入量越多,cu-fe合金中fe在cu中的最大固溶度越小,但随着C元素加入量的进一步上升,fe在cu中的最大固溶度减小的趋势变缓。fe在cu中的最大固溶度的降低,使得基体中富fe第二相的体积分数上升和fe析出相增多,第二相强化效果加强,cu-14fe-C合金的显微硬度得到明显提高。当C元素的添加量继续增加时,富fe第二相过分长大聚集,导致第二相强化效果减弱,合金的硬度出现下降的趋势。cu-fe合金的电导率与cu基体中的杂质散射电阻密切相关,C元素的加入使得cu基体中固溶的fe原子含量下降,降低了杂质散射作用,大幅度提高了合金的电导率。当C元素的加入量继续增加时,由于第二相的尺寸过大,严重阻碍了基体中电子的运动,合金的电导率出现下降的趋势。3.在离心铸造的过程中,cu-fe-C合金熔体中分离出的富cu相将在离心力的作用下向金属型腔的外层偏聚,而富fe相将向金属型腔的内层偏聚,形成外层为富cu相,内层为富fe相的组织。但是,在浇注初期,刚浇入的合金熔体首先接触到温度较低的型腔外壁,分离出的富fe相在激冷的作用下来不及发生相对运动,最先在外壁开始凝固析出,将在近外壁处形成富fe相组织。因此,离心铸造cu/fe双金属复合材料主要由最外层富fe相、中层富cu相和内层富fe相组成。经硬度测试发现,最外层富fe相和内层富fe相的硬度在750-800 HV之间,中层富cu相的硬度在80-100 HV之间,同一层中的不同部位硬度差值较小,硬度分布均匀。

关键词： cu-fe合金 C元素显微组织液相分离离心铸造双金属复合材料

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cu-fe合金凝固组织性能研究

Cu-Fe合金凝固组织性能研究

作者：王磊东北大学

学位级别：硕士

cu-fe系合金是制备引线框架、高速铁路接触线和脉冲强磁场线圈的主要材料,但生产中还存在一些的问题：引线框架用低fe含量的cu-fe系合金铸造时极易产生裂纹,高fe含量的形变原位复合cu-fe系合金铸造时fe质点粗大且分布不均匀。为了解决... 详细信息

cu-fe系合金是制备引线框架、高速铁路接触线和脉冲强磁场线圈的主要材料,但生产中还存在一些的问题：引线框架用低fe含量的cu-fe系合金铸造时极易产生裂纹,高fe含量的形变原位复合cu-fe系合金铸造时fe质点粗大且分布不均匀。为了解决此问题,提高该系合金产品的综合性能,必须寻求新的调控该系合金凝固组织的手段。本文主要研究了冷却速度和电磁场对cu-fe系合金凝固组织和性能的影响规律,通过研究得到如下结论： 1.随fe含量的增加,铸态晶粒明显细化,但当fe含量大于3%时晶粒细化效果降低;施加磁场可细化fe含量小于3%的合金的晶粒,且电流强度越大效果越明显,但当fe含量大于3%时效果不明显： 2.施加磁场可使初晶y-fe的尺寸减小、分布均匀并使析出相的数量和尺寸减少,且电流强度越大效果越显著;改变磁场频率效果不明显;***-fe系合金的凝固组织形态主要由fe含量决定,当fe含量小于2.4%时,组织基本由柱状晶组成,而当fe含量大于2.4%时,凝固组织基本由等轴晶组成;当fe含量在2.4%左右时,合金的组织由冷却速度决定,冷却速度快时组织由等轴晶组成,冷却速度较慢时组织由柱状晶和等轴晶组成;4.当fe含量小于3%时,随冷却速度的增加,合金中fe相的数量减少、尺寸变化不大;当fe含量大于3%时,合金中fe相的数量和尺寸与冷却速度没有明显的相关性。

关键词： cu-fe合金晶粒细化冷却速度电磁场凝固组织