【Cu-Fe合金的主要特性与应用研究文献综述3200字】

Cu-Fe合金的主要特性与应用研究文献综述1Cu-Fe合金的主要特性Cu-Fe合金主要由Cu和Fe二元构成，属于亚稳类难混溶合金。其基本构成组元Cu与Fe在地球上的储量丰富，性能优异[52]，如表1.1所示，且冶炼污染小，制造成本低，重复利用性强。而Cu-Fe合金凭借独特的凝固方式，兼备Cu、Fe组元各自的优异性质。总结发现Cu-Fe具有以下突出特性：表1.1组元Cu和Fe元素主要物理特性系数[52]Table1.1ThephysicalpropertiesofCuandFeelement[52]元素熔化潜热L/(kJ·Kg-1)比热容C/J·(kg·℃)-1熔点/℃导热系数/W·(m·℃)-1密度/g·cm-3电阻率/µΩ·cmCu205.438610833988.931.55Fe272.16449.42153580.27.869.71延展性：Cu-Fe合金具有良好的延展性，可以被加工成棒材、电缆、板材、薄膜、粉末、管状等多种服役形态。高耐磨性是铜铁合金一个非常重要的性质，由于这个特性铜铁合金可以广泛应用于电器的开关、引线框架和插头器件等产品。导热性：同时保留了铁的高强度和铜的高导电导热性的Cu-Fe合金，也常用来生产制作发动机的外壳、发光二极管、电极材料、Cu-Fe焊接型产品、高精密轴承等有优异散热性能的产品。导电性：铜铁合金不仅具有优良的抗拉强度，并且兼备了较高的导电性能。所以在生活中的很多领域我们都能见到Cu-Fe合金的身影，比如高铁、移动通讯、光缆电线等。Cu-Fe合金不仅比之前的材料成本低廉并且质量更为轻巧。电磁兼容性：Cu-Fe合金兼备Cu的高导电率和Fe的高导磁率，使得Cu-Fe合金具有其它铜合金所没有的优异磁性，因此在电磁波屏蔽方面表现出良好的性能。2Cu-Fe合金的主要应用各种科学研究表明，铜铁合金不仅具备高强高导的优秀特性之外，同时对电磁场的信号波有显著的屏蔽性。以CuFe5合金为例，对电磁场的信号波有50~80dB的屏蔽性，并且不降低自身的导电性能仍可达60~70%IACS。所以科学研究者一直坚定不移地相信铜铁系材料在电磁屏蔽信号领域有难以估量的广阔市场。不仅在我们所熟知的通讯设备、超大型计算机设备、铁路汽车造船、航空航天等领域前景明朗，由于其卓越的电磁屏蔽特性在大型医用器材，医疗器械应用广阔。作为独树一帜的电磁屏蔽合金，铜铁合金在国电电力电网、电子通信等国民基础设施建设领域也大有作为。总体来看，铜铁合金不仅拥有优良的性能还同时兼备优秀的特性，因此Cu-Fe合金作为一种新兴的热门高强高导合金，满足不同场所、不同行业以及不同领域的广泛生产应用。铜铁合金的大批量生产应用将产生不可估量的市场价值，同时为我国带来潜在的巨大效益。铜铁合金的具体应用例举如下：(1)强磁场导体材料在极端异常的条件下，为了表征物质内部自由度，我们利用强磁场这一研究方式作为工具。强磁场的广泛应用，为科学研究打开了新思路。在超高强磁场下进行物理试验的基础要素是有大型强磁场实验装置，然而超高强磁场实验装置超过20T之上就属于高水平并且交叉学科的综合学术研究[53]。二十世纪九十年代之前，超导体以及水冷磁体组合生成混合磁体构成20T的直流稳态磁场。成功研发铜铁合金当做磁材料，并且伴随着水冷水平和磁体研究技术的提高，这让40T的高强混合磁场的创建变得越发可能[54]。常规情况下，如果合金强度高，其电阻率不会低。所以要想发展强磁场技术，对高强高导合金材料的研究是核心。若磁场强度小于等于50T，硬纯Cu就完全符合性能要求。若磁场强度大于50T，那么上个世纪之前，符合要求的材料就是Cu-18Vol.>%Nb合金。然而，铜铁合金材料鉴于其综合性能卓越因而获得广泛的关注。因此，为了大力开发100T非破坏性脉冲磁体，选用高级的多层磁体结构是必要的[55~57]。引线框架作为集成电路和半导体元件的核心部件，引线框架[58]材料的作用至关重要，它不仅将芯片与电流接通，同时起到关键的支撑作用，还兼具电器工作期间散能散热的枢纽[59]。铜铁金属材料作为引线框架时具备以下优点[60]：基础性能优良，完成了高强度和高导电性能的有效匹配，耐腐蚀性能优异，难发生应力腐蚀造成材料开裂现象，耐氧化性能良好与高导电性能的结合度较高，与硅片、玻璃的线膨胀系数吻合度较高，焊接性能优异平整度较高，易加工残余应力小。信息化的电工电子行业已步入新的阶段，逐渐朝着高功率、高密度和轻量化方向前进，越发重视电子产品的散热问题，因此对做引线框架的合金材料要求越来越高。目前，铜合金框架材料已占集成电路引线框架的80%以上。全世界开发出来的铜合金框架材料已不下100种，其中仅日木就达77种。目前，常用的Cu合金引线框架材料主要是：Cu-Fe-P系列、KFC、Cu-Cr-Zr系列等。随着科技的进步，我们对引线框架性能的要求也越来越高，电导率的要求为75-80%IACS，抗拉强度也增加至600MPa，对其综合性能的要求剧增，旨在符合超大型高规模的集成电路的需要。表1.2主要引线框架合金及性能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[36]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2z2sztfry2ax25esv5b520wwxafxz9zf2v20"timestamp="1580473759">48</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">马莒生,黄福祥,黄乐,等</style></author></authors></contributors><titles><title>铜基引线框架材料的研究与发展</title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">功能材料</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>功能材料</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"size="100%">1</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">-4</style></pages><volume>33</volume><number>1</number><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"马莒生,2002#48"61]Table1.2MajorcopperalloyforleadframeandpropertiesADDINEN.CITE<EndNote><Cite><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[36]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="2z2sztfry2ax25esv5b520wwxafxz9zf2v20"timestamp="1580473759">48</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">马莒生,黄福祥,黄乐,等</style></author></authors></contributors><titles><title>铜基引线框架材料的研究与发展</title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">功能材料</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>功能材料</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"size="100%">1</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">-4</style></pages><volume>33</volume><number>1</number><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"马莒生,2002#48"61].合金系列合金牌号化学成分(wt.%)抗拉强度(MPa)延伸率(%)导电率(%IACS)导热率(W/mK)Cu-FeC19210C19700C19500Cu-0.1Fe-0.03PCu-0.6Fe-0.2P-0.04MgCu-1.5Fe-0.8Co-0.6Sn-0.05P294-412380-500360-6705-102-103-13908050364173197Cu-CrOMCL-1EFTECCu-0.3Cr-0.1Zr-0.01MgCu-0.3Cr-0.25Sn-0.2Zn5925608138275301Cu-Ni-SiC64710C70250Cu-3.2Ni-0.7Si-0.3ZnCu-3.2Ni-0.6Si-0.1Mg490-588588-6908-152-64040220147-190近年来，我国的集成电路工业发展很快，对引线框架的需求量也很高。但很可惜的是，我们国家的研制开始的较晚，和西方、北美等发达国家的研究仍存在一定距离。目前，我们急需要处理的问题是，铜合金引线框架材料如何减少进口变得国产化。(3)电力机车架空导线电力机车架空导线[62]是电气化铁路接触网的主要元件。其悬挂于高空，通过与受电弓的直接接触将电能从牵引变电所传输给电力机车。随着经济的发展和生活水平的提高，铁路的高速化已势在必行。高速列车时速超过300km，需要用强度更高的架线取代过去用的架线。列车运行速度一旦接近于架线的波动传播速度，架式受电弓的离线率便要增大，从而造成集电特性不稳定和架线木身摩擦增大[63~65]。波动传播速度C用C=(T/p)1/2表示。其中T为架线拉力，p为架线单位长度重量。一般认为，运行速度允许范围，应为该波动传播速度的70%以下。因此，运行速度如定为350km/h，则波动传播速度应为500km/h。这样，当架线是断面积为110mm2的铜线时，机车架线的拉力约为38000N，所以不能供上述用途使用。目前高强高导铜合金，无论是在工业还是在尖端科学领域，其需求量仍日趋增多。在尽可能不牺牲其导电、导热性的前提下，谋求强度的提高以及其它工艺特性的改善，将成为今后铜合金研究中的重要方面。具体总结见表1.3：表1.3Cu-Fe合金的应用领域及主要用途Table1.3ApplicationfieldsandmainusesofCu-Fealloy.应用领域主要用途金属铸造模具半导体制造引线框架、二极管等半导体器件电子配件制造电线、连接器、热扩散材料等通信、音响及广播设备制造医疗机器制造屏蔽材料、通信基站的屏蔽材、线材电磁波屏蔽材料、屏蔽室、卫生服等汽车配件制造活塞头、电子控制箱电磁屏蔽材料家用机器制造煤气灶、烤箱、微波炉、电饭锅产业用机器人制造电磁波屏蔽材料船舶及船建业船舶螺旋桨修理用焊条铁路设备制造业受电滑板等飞机,、航天器及配件制造屏蔽技能电动机、发电机及电气变换装置制造各种电机和发动机的线圈1.5Cu-Fe合金研究目前存在问题参考文献[1]赵祖德.铜及铜合金材料手册[M].北京：科学出版社，1993.[2]刘平.高性能铜基合金的研宄进展[J].功能材料，2014(7):7016~7026.[3]赵冬梅，董企铭，刘平，等.高强高导电铜合金合金化机理[J].中国有色金属报，2001，11(S2)：21~24.[4]刘瑞蕊，周海涛，周啸，等.高强高导铜合金的研宄现状及发展趋势[J].材料导报，2012，26(19)：100~105.[5]SunB,GaoH,WangJ,etal.StrengthofdeformationprocessedCu-Fe-Aginsitucomposites[J].MaterialsLetters.2007,61(4):1002-1006.[6]RaabeD,MiyakeK,TakaharaH.Processing,microstructure,andpropertiesofternaryhighstrengthCu-Cr-Aginsitucomposites[J].MaterialsScience&EngineeringA.2009,291(1~2):186-197.[7]BenghalemA,MorrisDG.Microstructureandstrengthofwire-drawnCu-Agfilamentaiycomposites[J].ActaMaterialia,1997,45(1):379-406.[8]WangK,LiuKF,ZhangJB.MicrostructureandpropertiesofagingCu-Cr-Zralloy[J].RareMetals,2014,33(2):134-138.[9]LockyeSA,NobleFW.PrecipitatestructureinaCu-Ni-Sialloy[J].JournalofMaterialsScience,1994,29(1):218-226.[10]AdhikariD,JhaIS,SinghBP.ThermodynamicandmicroscopicstructureofliquidCu-Snalloys[J].PhysicaB,2010,405(7):1861-1865.[11]ShakhovaI,YanushkevichZ,FedorovaI,etal.GrainrefinementinaCu-Cr-Zralloyduringmultidirectionalforging[J].MaterialsScience&EngineeringA,2014,606:380-389.[12]GeJP,ZhaoH,YaoZQ,etal.Microstructureandpropertiesofdeformation-processedCu-Fein-situcomposites[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2005,15(5):971-977.[13]HuangJS,YaoDW,MengL.MicrostructureandpropertiesofheavilydrawnCu-Ag-Fecomposites[J].MetalsandMaterialsInternational,2013,19(2):225-230.[14]ZhangS,LiR,KangH,etal.AhighstrengthandhighelectricalconductivityCu-Cr-Zralloyfabricatedbycryorollingandintermediateagingtreatment[J].MaterialsScience&Engineering,2017,680(JAN.5):108-114.[15]VerhoevenJD,DowningHL,ChumbleyLS,etal.TheresistivityandmicrostructureofheavilydrawnCu-Nballoy[J].JournalofAppliedPhysics,1989(65):1293-1301.[16]LiuK,JiangZ,ZhaoJ,etal.ThermalStabilityandPropertiesofDeformation-ProcessedCu-FeInSituComposites[J].Metallurgical&MaterialsTransactionsA,2015,46(5):2255-2261.[17]WuZW,MengL.Influencesofdifferentpri