权利要求
S1铁粉酸洗活化：将羰基铁粉置于酸溶液中清洗，同时添加少量分散剂和缓蚀剂，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉;
S2铜源溶液配制：将水溶性铜盐充分溶解于去离子水中，加入一定量的络合剂并调节铜源溶液的pH;
S3粉液混合置换：将步骤S1中活化后的羰基铁粉加入去离子水中并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加步骤S2中的铜源溶液，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉A;
S4两段式还原：将步骤S3中置换后的铜包铁粉A中加至去离子水中并40℃恒温加热搅拌，随后加入一定量分散剂和还原剂，向其中滴加步骤S2中的铜源溶液，滴加完成后再加入少量促进剂和强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉B;
S5粉末原料混合：将步骤S4中化学镀制备的铜包铁粉B和纯铜粉末按比例混合，随后放入混料机中进行混料，制备出混合均匀的合金粉末;
S6原料压制成形：将步骤S5中混合均匀的合金粉末装入弹性胶质包套中，随后放入冷等静压机中进行压制成形，得到成形生坯;
S7烧结致密化：将步骤S6中压制成形的生坯放入真空烧结炉内进行烧结处理，得到铜铁合金烧结坯锭;
S8形变加工处理：将步骤S7中烧结后的坯锭在烧结温度下出炉，随后进行热挤压、拉拔得到棒丝材，或热轧、冷轧得到板带材;
S9高温热处理：将步骤S8中轧制后的棒丝材或板带材进行在线固溶处理，接着置于氢气气氛的保护环境下进行时效热处理，随后进行低温张力退火，最后清洗得到铜铁合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S1中所述的用于酸洗的酸溶液为稀硫酸和稀盐酸中的至少一种，溶液的体积浓度为10%-20%，步骤S1中所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的2%-5%，步骤S1中所述的缓蚀剂为甲基硫脲和乙基硫脲中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的0.3%-1.2%。
3.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S2中所述的水溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜和氯化铜中的至少一种，铜源溶液的Cu2+浓度为0.6-1.2mol/L，步骤S2中所述的络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸铵、聚乙二醇-乙基纤维素和乙二胺四乙酸二钠盐中的至少一种，添加浓度为6.4-12.7g/L，步骤S2中所述的调节pH为冰醋酸，pH值为2.2-5.4。
4.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S4中所述的分散剂为聚丙烯酸甲酯和聚氨酯中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的1.5%-3.5%，步骤S4中所述的还原剂为乙醛酸、氨基乙酸和葡萄糖中的至少一种，添加浓度为5.2-8.4g/L，步骤S4中所述的强还原剂为次亚硫酸钠、亚硫酸钠和四丁氢基硼化铵中的至少一种，添加浓度为1.2-4.6g/L，步骤S4中所述的促进剂为2-疏基苯骈噻唑，添加浓度为0.6-1.8g/L。
5.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S5中所述的纯铜粉为水雾化粉、气雾化粉和水气联合雾化粉中的至少一种，平均粒径为5-100μm，步骤S5中所述的合金粉末中铜粉和铜包铁粉的质量比区间为：(2:1)-(10:1)，步骤S5中所述的粉末混合方式采用V型混料机的机械混合方式。
6.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S6中所述的冷等静压成形的压力为100-500MPa，保压时间为20-200s。
7.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S7所述的气氛保护炉内为氢气、氮气、氩气、甲烷、乙炔、一氧化碳中的至少一种，烧结温度为800-1000°C，保温时间为2-5h，所述的真空烧结炉的真空度为10-1-10-3Pa，烧结温度为800-1000°C，保温时间为3-6h。
8.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S8中所述的热挤压温度为600-800°C，热轧温度为600-900°C。
9.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S9中所述的固溶处理温度为800-950°C，固溶处理时间为1-4h。
10.根据权利要求1所述的一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，其特征在于：步骤S9中所述时效处理温度为350-650°C，时效时间为4-10h，步骤S9中所述的低温张力退火温度为150-300°C，退火时间为2-5h，张力为50-80MPa。
说明书
技术领域
背景技术
[0002]随着电子通讯、轨道交通及汽车工业的迅猛发展，对材料的强度和导电性能提出了更高的要求，铜铁合金因其原料丰富、成本低廉、具有巨大的磁阻效应和特殊的物理性能，成为理想的高强高导材料，而铜包铁粉是一种将铜均匀包覆在铁粉表面形成的复合粉末，利用这种粉末通过粉末冶金工艺制备的铜铁合金，兼具铜的高导电导热性、良好的塑性以及铁的高强度、耐磨性和磁性。
[0003]在中国专利CN114293045B中公开了一种高强高导粉末冶金铜铁合金的制备方法，上述申请将雾化铜铁合金粉和铜磷合金粉混合，通过冷等静压、真空烧结及随后的变形加工制备板带及棒丝状铜铁合金，提供了一种制备低氧含量、晶粒细小、铁相细小且分布均匀同时具备良好加工性能的高强高导粉末冶金铜铁合金，以解决传统熔炼法制备铜铁合金成分偏析、晶粒粗大、加工性能差，以及传统粉末冶金铜铁合金氧含量高、烧结温度高及固溶的铁相难以析出等问题，虽然上述申请通过添加磷来改善铜铁合金的性能，但其主要依赖于传统的粉末冶金工艺，未对铜铁粉末的表面包覆进行优化，在烧结过程中，铜和铁的混合粉末可能会出现成分偏析，导致组织不均匀，铁相分布不均匀，从而影响合金的整体性能，其次在真空烧结过程中虽然使用了纯钛粉作为吸氧剂，但并未明确指出氧含量的控制效果，而且传统粉末冶金工艺中，氧含量较高是一个普遍问题，高氧含量会降低合金的导电率和机械性能，因此上述存在一定的局限性。
发明内容
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供了一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，具备铜包铁复合粉包覆层组织均匀、致密性良好等优点，解决了传统粉末冶金中铜铁混合粉末组织不均匀、成分偏析的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，包括以下步骤：
[0006]S1铁粉酸洗活化：将羰基铁粉置于酸溶液中清洗，同时添加少量分散剂和缓蚀剂，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉;
[0007]S2铜源溶液配制：将水溶性铜盐充分溶解于去离子水中，加入一定量的络合剂并调节铜源溶液的pH;
[0008]S3粉液混合置换：将步骤S1中活化后的羰基铁粉加入去离子水中并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加步骤S2中的铜源溶液，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉A;
[0009]S4两段式还原：将步骤S3中置换后的铜包铁粉A中加至去离子水中并40℃恒温加热搅拌，随后加入一定量分散剂和还原剂，向其中滴加步骤S2中的铜源溶液，滴加完成后再加入少量促进剂和强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉B;
[0010]S5粉末原料混合：将步骤S4中化学镀制备的铜包铁粉B和纯铜粉末按比例混合，随后放入混料机中进行混料，制备出混合均匀的合金粉末;
[0011]S6原料压制成形：将步骤S5中混合均匀的合金粉末装入弹性胶质包套中，随后放入冷等静压机中进行压制成形，得到成形生坯;
[0012]S7烧结致密化：将步骤S6中压制成形的生坯放入真空烧结炉内进行烧结处理，得到铜铁合金烧结坯锭;
[0013]S8形变加工处理：将步骤S7中烧结后的坯锭在烧结温度下出炉，随后进行热挤压、拉拔得到棒丝材，或热轧、冷轧得到板带材;
[0014]S9高温热处理：将步骤S8中轧制后的棒丝材或板带材进行在线固溶处理，接着置于氢气气氛的保护环境下进行时效热处理，随后进行低温张力退火，最后清洗得到铜铁合金材料。
[0015]进一步，步骤S1中所述的用于酸洗的酸溶液为稀硫酸和稀盐酸中的至少一种，溶液的体积浓度为10%-20%，步骤S1中所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的2%-5%，步骤S1中所述的缓蚀剂为甲基硫脲和乙基硫脲中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的0.3%-1.2%。
[0016]进一步，步骤S2中所述的水溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜和氯化铜中的至少一种，铜源溶液的Cu2+浓度为0.6-1.2mol/L，步骤S2中所述的络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸铵、聚乙二醇-乙基纤维素和乙二胺四乙酸二钠盐中的至少一种，添加浓度为6.4-12.7g/L，步骤S2中所述的调节pH为冰醋酸，pH值为2.2-5.4。
[0017]进一步，步骤S4中所述的分散剂为聚丙烯酸甲酯和聚氨酯中的至少一种，添加质量百分比为铁粉的1.5%-3.5%，步骤S4中所述的还原剂为乙醛酸、氨基乙酸和葡萄糖中的至少一种，添加浓度为5.2-8.4g/L，步骤S4中所述的强还原剂为次亚硫酸钠、亚硫酸钠和四丁氢基硼化铵中的至少一种，添加浓度为1.2-4.6g/L，步骤S4中所述的促进剂为2-疏基苯骈噻唑，添加浓度为0.6-1.8g/L。
[0018]进一步，步骤S5中所述的纯铜粉为水雾化粉、气雾化粉和水气联合雾化粉中的至少一种，平均粒径为5-100μm，步骤S5中所述的合金粉末中铜粉和铜包铁粉的质量比区间为：(2:1)-(10:1)，步骤S5中所述的粉末混合方式采用V型混料机的机械混合方式。
[0019]进一步，步骤S6中所述的冷等静压成形的压力为100-500MPa，保压时间为20-200s。
[0020]进一步，步骤S7所述的气氛保护炉内为氢气、氮气、氩气、甲烷、乙炔、一氧化碳中的至少一种，烧结温度为800-1000°C，保温时间为2-5h，所述的真空烧结炉的真空度为10-1-10-3Pa，烧结温度为800-1000°C，保温时间为3-6h。
[0021]进一步，步骤S8中所述的热挤压温度为600-800°C，热轧温度为600-900°C。
[0022]进一步，步骤S9中所述的固溶处理温度为800-950°C，固溶处理时间为1-4h。
[0023]进一步，步骤S9中所述时效处理温度为350-650°C，时效时间为4-10h，步骤S9中所述的低温张力退火温度为150-300°C，退火时间为2-5h，张力为50-80MPa。
[0024]与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：
[0025]该铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，制备出的铜包铁复合粉包覆层组织均匀、致密性良好，相比于置换镀铜法，表面未出现大量的疏松铜块异质分布，其次制备出的铜铁合金坯锭氧含量低、烧结致密度高、成分均匀无偏析、晶粒尺寸细小、加工性能优异，铜中残余固溶铁原子少，兼具高强度和高导电率，同时通过化学镀铜、粉末冶金、形变加工和热处理工艺的有机结合，实现了铜基合金产品性能的稳定提升，同时本申请以粉末冶金法制得的铜铁合金相比于传统熔铸方法，在强度方面提高3-6%，导电率方面提高8-16%，成本方面降低15-25%，生产周期方面缩短约10-20%，可实现连续化大规模生产，在电子信息、航空航天、电磁屏蔽等领域的关键部件上具有重要的应用前景。
附图说明
[0026]图1为本发明制备方法流程结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]实施例1：
[0029]实施例1提供一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，该制备方法中合金材料按重量百分比计由以下成分制成：Cu75.3%，Fe24.7%，元素成分比为3:1，如下侧表1所示。
[0030]具体方法如下：
[0031]步骤S1：称取1Kg羰基铁粉置于浓度为10%稀硫酸溶液中清洗以去除颗粒表面氧化物及油污并使表面活化，同时添加20gPVP作分散剂和3g甲基硫脲作缓蚀剂并常温搅拌20min，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉。
[0032]步骤S2：将硫酸铜充分溶解于去离子水中形成浓度为0.6mol/L的硫酸铜溶液约10L，加入96g柠檬酸钠作络合剂并通过冰醋酸调节硫酸铜溶液的pH至5.4。
[0033]步骤S3：将活化后的羰基铁粉加入去离子水中定容至10L并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硫酸铜溶液5L，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉。
[0034]步骤S4：将置换后的铜包铁粉加入去离子水中定容至10L并40℃恒温加热搅拌，随后加入15g聚丙烯酸甲酯作分散剂和52g乙醛酸作还原剂，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硫酸铜溶液5L，滴加完成后再加入6g2-疏基苯骈噻唑作促进剂和46g次亚硫酸钠作二次强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉。
[0035]步骤S5：称取平均粒径为100μm的水气联合雾化铜粉1315.4g，铜包铁粉684.8g，粉末质量比为2:1，随后放入V型混料机中进行混料，且混料时间为1.5h，混料结束后得到混合均匀的合金粉末。
[0036]步骤S6：将混合后的粉末装入硅胶包套中，包套内腔的尺寸为150×100×25mm，封装好后放入冷等静压机内进行压制成形，冷等静压压力为50MPa，保压时间为200s，压制完成后得到142×87×21mm的板材生坯。
[0037]步骤S7：将冷等静压压制成形后的板材生坯放入氢气气氛的烧结炉内，烧结温度为700℃，保温时间为6h，烧结结束后得到铜铁合金烧结板坯。
[0038]步骤S8：将烧结板坯进行热轧处理，热轧温度为600℃，热轧后板材厚度为15mm，随后进行去除表面氧化皮处理并多次冷轧至厚度为1mm的合金板材。
[0039]步骤S9：将铜铁合金板材置于950℃下进行固溶处理，固溶时间为1h;随后在650℃下进行时效热处理，时效时间为4h;最后在150℃下进行低温张力退火，保温时间为5h，张力为50MPa，最终得到厚度为1mm的铜铁合金板材，强度及导电性能测试结果为：硬度234HV，抗拉强度832MPa，导电率58%IACS。
[0040]在上述实施例1中，通过化学镀铜制备铜包铁粉，并与水气联合雾化铜粉混合后进行冷等静压成形、真空烧结、热轧及冷轧处理，最终在950℃下固溶处理1小时，650℃下时效处理4小时，150℃下低温张力退火5小时，得到厚度为1mm的合金板材，其硬度为234HV，抗拉强度为832MPa，导电率为58%IACS。
[0041]该实施例展示了通过优化工艺参数，能够制备出兼具高强度和高导电率的铜铁合金板材，适用于对性能要求较高的应用场景。
[0042]实施例2：
[0043]实施例2提供一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，该制备方法中合金材料按重量百分比计由以下成分制成：Cu83.4%，Fe16.6%，元素成分比为5:1，如下侧表1所示。
[0044]具体方法如下：
[0045]步骤S1：称取1Kg羰基铁粉置于浓度为15%稀硫酸溶液中清洗以去除颗粒表面氧化物及油污并使表面活化，同时添加30g聚乙二醇作分散剂和5g乙基硫脲作缓蚀剂并常温搅拌20min，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉。
[0046]步骤S2：将硝酸铜充分溶解于去离子水中形成浓度为0.8mol/L的硝酸铜溶液约10L，加入85g柠檬酸铵作络合剂并通过冰醋酸调节硝酸铜溶液的pH至4.2。
[0047]步骤S3：将活化后的羰基铁粉加入去离子水中定容至10L并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硝酸铜溶液5L，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉。
[0048]步骤S4：将置换后的铜包铁粉加入去离子水中定容至10L并40℃恒温加热搅拌，随后加入20g聚氨酯作分散剂和64g甘氨酸作还原剂，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硝酸铜溶液5L，滴加完成后再加入10g2-疏基苯骈噻唑作促进剂和40g亚硫酸钠作二次强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉。
[0049]步骤S5：称取平均粒径为60μm的水雾化铜粉3745.6g，铜包铁粉1254.2g，粉末质量比为3:1，随后放入V型混料机中进行混料，且混料时间为1.5h，混料结束后得到混合均匀的合金粉末。
[0050]步骤S6：将混合后的粉末装入硅胶包套中，包套内腔的尺寸为200×150×30mm，封装好后放入冷等静压机内进行压制成形，冷等静压压力为150MPa，保压时间为100s，压制完成后得到188×135×26mm的板材生坯。
[0051]步骤S7：将冷等静压压制成形后的板材生坯放入真空烧结炉内，抽真空后进行真空烧结，真空度为10-1Pa，烧结温度为800℃，保温时间为5h，烧结结束后得到铜铁合金烧结板坯。
[0052]步骤S8：将烧结板坯进行热轧处理，热轧温度为900℃，热轧后板材厚度为10mm，随后进行去除表面氧化皮处理并多次冷轧至厚度为0.5mm的合金带材。
[0053]步骤S9：将铜铁合金带材置于900℃下进行固溶处理，固溶时间为2h;随后在550℃下进行时效热处理，时效时间为6h;最后在200℃下进行低温张力退火，保温时间为4h，张力为60MPa，最终得到厚度为0.5mm的铜铁合金带材，强度及导电性能测试结果为：硬度193HV，抗拉强度723MPa，导电率66%IACS。
[0054]在上述实施例2中，采用化学镀铜法制备铜包铁粉，并与水雾化铜粉混合，经过冷等静压、真空烧结、热轧及冷轧等工艺处理，最终在900℃下固溶处理2小时，550℃下时效处理6小时，200℃下低温张力退火4小时，得到厚度为0.5mm的合金带材，其硬度为193HV，抗拉强度为723MPa，导电率为66%IACS。
[0055]该实施例表明，通过精确控制工艺参数，能够有效提高合金的导电性能和机械性能，适用于电子和电磁屏蔽等领域。
[0056]实施例3：
[0057]实施例3提供一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，该制备方法中合金材料按重量百分比计由以下成分制成：Cu90.1%，Fe9.9%，元素成分比为9:1，如下侧表1所示。
[0058]具体方法如下：
[0059]步骤S1：称取2Kg羰基铁粉置于浓度为18%稀盐酸溶液中清洗以去除颗粒表面氧化物及油污并使表面活化，同时添加80g聚乙烯醇作分散剂和20g甲基硫脲作缓蚀剂并常温搅拌20min，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉。
[0060]步骤S2：将氯化铜充分溶解于去离子水中形成浓度为1.0mol/L的氯化铜铜溶液约20L，加入210gPEG-EC作络合剂并通过冰醋酸调节氯化铜溶液的pH至3.5。
[0061]步骤S3：将活化后的羰基铁粉加入去离子水中定容至20L并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的氯化铜溶液10L，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉。
[0062]步骤S4：将置换后的铜包铁粉加入去离子水中定容至20L并40℃恒温加热搅拌，随后加入50g聚丙烯酸甲酯作分散剂和152g葡萄糖作还原剂，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的氯化铜溶液10L，滴加完成后再加入28g2-疏基苯骈噻唑作促进剂和68g四丁氢基硼化铵作二次强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉。
[0063]步骤S5：称取平均粒径为30μm的气雾化铜粉11810.9g，铜包铁粉2288.3g，粉末质量比为5:1，随后放入V型混料机中进行混料，且混料时间为1.5h，混料结束后得到混合均匀的合金粉末。
[0064]步骤S6：将混合后的粉末装入硅胶包套中，包套内腔的尺寸为φ95×300mm，封装好后放入冷等静压机内进行压制成形，冷等静压压力为300MPa，保压时间为50s，压制完成后得到φ90×289mm的棒材生坯。
[0065]步骤S7：将冷等静压压制成形后的棒材生坯放入真空烧结炉内，抽真空后进行真空烧结，真空度为10-2Pa，烧结温度为900℃，保温时间为4h，烧结结束后得到铜铁合金烧结棒坯。
[0066]步骤S8：将烧结棒坯进行热挤压处理，热挤压温度为600℃，挤压后棒材直径为15mm，随后进行去除表面氧化皮处理并拉拔至直径为5mm的合金棒材。
[0067]步骤S9：将铜铁合金棒材置于850℃下进行固溶处理，固溶时间为3h;随后在450℃下进行时效热处理，时效时间为8h;最后在250℃下进行低温张力退火，保温时间为3h，张力为70MPa，最终得到直径为5mm的铜铁合金棒材，强度及导电性能测试结果为：硬度162HV，抗拉强度621MPa，导电率72%IACS。
[0068]在上述实施例3中，通过化学镀铜制备铜包铁粉，并与气雾化铜粉混合后进行冷等静压成形、真空烧结、热挤压及拉拔处理，最终在850℃下固溶处理3小时，450℃下时效处理8小时，250℃下低温张力退火3小时，得到直径为5mm的合金棒材，其硬度为162HV，抗拉强度为621MPa，导电率为72%IACS。
[0069]该实施例展示了通过优化工艺流程，能够制备出兼具高强度和高导电率的铜铁合金棒材，适用于航空航天和电子信息等领域。
[0070]实施例4：
[0071]实施例4提供一种铜包铁粉制备高强高导粉末冶金铜铁合金的方法，该制备方法中合金材料按重量百分比计由以下成分制成：Cu95.1%，Fe4.9%，元素成分比为19:1，如下侧表1所示。
[0072]具体方法如下：
[0073]步骤S1：称取2Kg羰基铁粉置于浓度为20%稀盐酸溶液中清洗以去除颗粒表面氧化物及油污并使表面活化，同时添加100gPVP作分散剂和24g乙基硫脲作缓蚀剂并常温搅拌20min，随后用去离子水清洗，抽滤干燥得到活化后的羰基铁粉。
[0074]步骤S2：将硫酸铜充分溶解于去离子水中形成浓度为1.2mol/L的硫酸铜铜溶液约20L，加入254g乙二胺四乙酸二钠盐作络合剂并通过冰醋酸调节氯化铜溶液的pH至2.2。
[0075]步骤S3：将活化后的羰基铁粉加入去离子水中定容至20L并40℃恒温加热搅拌，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硫酸铜溶液10L，反应完成后水洗、抽滤得到置换后的铜包铁粉。
[0076]步骤S4：将置换后的铜包铁粉加入去离子水中定容至20L并40℃恒温加热搅拌，随后加入70g聚氨酯作分散剂和168g甘氨酸作还原剂，随后向悬浮液中缓慢滴加配好的硫酸铜溶液10L，滴加完成后再加入36g2-疏基苯骈噻唑作促进剂和48g亚硫酸钠作二次强还原剂，并升高温度至60℃，反应完成后水洗、抽滤、干燥得到两段还原后的铜包铁粉。
[0077]步骤S5：称取平均粒径为5μm的水气联合雾化铜粉13062.6g，铜包铁粉1257.6g，粉末质量比为10:1，随后放入V型混料机中进行混料，且混料时间为1.5h，混料结束后得到混合均匀的合金粉末。
[0078]步骤S6：将混合后的粉末装入硅胶包套中，包套内腔的尺寸为φ95×300mm，封装好后放入冷等静压机内进行压制成形，冷等静压压力为500MPa，保压时间为10s，压制完成后得到φ88×283mm的棒材生坯。
[0079]步骤S7：将冷等静压压制成形后的棒材生坯放入真空烧结炉内，抽真空后进行真空烧结，真空度为10-3Pa，烧结温度为1000℃，保温时间为3h，烧结结束后得到铜铁合金烧结棒坯。
[0080]步骤S8：将烧结棒坯进行热挤压处理，热挤压温度为800℃，挤压后棒材直径为10mm，随后进行去除表面氧化皮处理并拉拔至直径为0.5mm的合金丝材。
[0081]步骤S9：将铜铁合金丝材置于800℃下进行固溶处理，固溶时间为4h;随后在350℃下进行时效热处理，时效时间为10h;最后在300℃下进行低温张力退火，保温时间为2h，张力为80MPa，最终得到直径为0.5mm的铜铁合金丝材，强度及导电性能测试结果为：硬度146HV，抗拉强度552MPa，导电率78%IACS。
[0082]在上述实施例4中，采用化学镀铜法制备铜包铁粉，并与水气联合雾化铜粉混合，经过冷等静压、真空烧结、热挤压及拉拔等工艺处理，最终在800℃下固溶处理4小时，350℃下时效处理10小时，300℃下低温张力退火2小时，得到直径为0.5mm的合金丝材，其硬度为146HV，抗拉强度为552MPa，导电率为78%IACS。
[0083]该实施例表明，通过精确控制工艺参数，能够有效提高合金的导电性能和机械性能，适用于高精度电子元件和电磁屏蔽等领域。
[0084]在实施例1-4中的合金成分、硬度、抗拉强度及导电率列于表1：
[0085]表 1不同铜铁合金的成分、硬度、强度及导电率
[0086]
Cu(wt. %)Fe(wt. %)Cu:Cu-Fe硬度(HV)抗拉强度(MPa)导电率(IACS)实施例175.324.72:123483258%实施例283.416.63:119372366%实施例390.19.95:116262172%实施例495.14.910:114655278%
[0087]因此，在实施例1-4中相对于现有技术，本申请具备如下关键点：
[0088]1)本发明在粉末冶金的基础上采用化学镀铜制备表面均匀包覆的铜包铁复合粉，控制混合粉末的铁含量为4.9%~24.7%，通过铜包铁复合粉兼具铁基芯部的高强度与铜基外壳的优良耐腐蚀性和高导热能力的特性解决传统铜铁混合粉末在生产过程中出现的组织不均匀、成分偏析、结构不稳定等问题。
[0089]2)置换过程中的络合剂(柠檬酸钠、柠檬酸铵、聚乙二醇-乙基纤维素、乙二胺四乙酸二钠盐)对包覆层的影响较小，可以降低置换过程中最里层铜层的沉积速率，实现初期铜包覆层的高均匀性和高包覆率，粘附力也较强。第二段还原过程中的促进剂(2-疏基苯骈噻唑)可以有效加快铜层包覆后期的包覆速度和紧密程度，在Fe粉颗粒表面形成较厚的铜包覆层。
[0090]3)本发明将铜铁合金高温烧结与变形加工相结合，必须严格控制烧结后的变形加工温度，防止裂纹、起皮、褶皱等加工缺陷的出现;同时优化固溶、时效热处理的工艺参数，包括温度和时间，既能强化铜合金基体，提高其机械性能，也能有效提高铜铁合金的导电率及耐蚀性;低温张力退火过程可以消除合金内部的部分可移动位错，留下不可动位错，在一定程度上可以提升合金应力松弛性能。
[0091]综上，本申请将铜铁合金高温烧结与变形加工相结合，必须严格控制烧结后的变形加工温度，防止裂纹、起皮、褶皱等加工缺陷的出现;同时优化固溶、时效热处理的工艺参数，包括温度和时间，既能强化铜合金基体，提高其机械性能，也能有效提高铜铁合金的导电率及耐蚀性;低温张力退火过程可以消除合金内部的部分可移动位错，留下不可动位错，在一定程度上可以提升合金应力松弛性能。
[0092]上述实施例的工作原理为：以羰基铁粉、铜盐溶液为原料，添加一定量的分散剂、还原剂等，通过化学镀铜的方式制备出铜包铁粉，再结合粉末冶金工艺将雾化铜粉和铜包铁粉混合得到均匀粉末后，进行成形、烧结处理得到致密坯锭，然后进行形变热处理，得到Fe相均匀分布的铜铁合金板带、棒丝材，直接采用铜铁混合粉末会造成粉末冶金铜铁材料组织不均、成分偏析等问题，而铜包铁复合粉是一种以铁为“核心”、铜为“壳层”的金属包覆粉，其压制性能好，烧结温度低，所得制品兼具铁基芯部的高强度与铜基外壳的优良耐腐蚀性和高导热能力的优点，可以有效解决传统铜铁混合粉末在生产过程中出现的组织不均匀、成分偏析、铜中残余固溶铁原子难以析出导致低导电率等问题，同时，采用化学镀铜法制备铜包铁粉时，铜能均匀地沉积在铁基体表面，避免了由置换镀铜法制备的铜包铁粉在铁基体表面出现大量的疏松铜块异质分布，因此，化学镀铜法是制备高活性、高稳定性铜包铁粉的有效技术。
[0093]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0094]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。
说明书附图(1)
