CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法技术

CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，属于合金材料制备技术领域。制备方法为：(1)熔炼铜镁合金；(2)昆料制锭：将CuMg合金锭粉碎后，与Cr2O3粉或Fe2O3粉和Cu粉混合压成锭；(3)双层石墨坩埚熔炼：将块体物料放入上层坩埚中，在1200～1400℃熔炼5～30min，金属液流入下层坩埚，然后在1200～1400℃保温4～10min；循环水冷快速冷却凝固，在下层坩埚得到CuCr或CuFe合金。本发明专利技术的制备方法，以Cr2O3粉、Fe2O3粉、Cu粉以及镁锭为原料，降低了生产过程中的原料成本；缩短合金的熔炼时间，减少挥发，同时降低能耗；操作简单，工艺条件要求宽松；本发明专利技术的制备方法制得的CuCr或CuFe合金没有发现夹杂物以及宏观偏析，且其均匀性好、致密度高，其性能得到明显改善，合金收得率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料制备
，具体涉及一种CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法。
技术介绍
目前，CuCr、CuFe合金被广泛应用于制备电器工程开关电桥、大规模集成电路引线框架、电阻焊电极以及高速电气化铁路列车架空导线等。由于面心立方的铜和体心立方的铬在固态下几乎不互溶，而CuFe合金属于亚稳难混溶合金，故这两种合金在浇铸过程中极易造成成分偏析，给CuCr、CuFe合金的制备带来了较大困难。目前，低含量的CuCr、CuFe合金通常采用感应熔炼技术制备。CuCr合金采用感应熔炼技术存在以下问题：Cr在Cu液中的扩散溶解速度较慢，需要在较高温度下长时间保温，引起Cu和Cr大量挥发；对功率要求严格，功率小不能实现Cr的溶解，功率大时金属液沸腾溢出，可调范围常常不足1KW；极易造成成分偏析，致使熔炼失败。采用感应熔炼方法制备CuFe合金，也存在成分偏析问题。铬含量2％～5％的CuCr合金通常作为铬青铜制备过程中的母材，CuCr5也常用作电阻焊电极材料。铁含量2％～5％的CuFe合金的研究主要集中于CuFe5，这种合金作为高强度、高耐磨铜合金，在各个领域也得到广泛应用。这两种合金的生产工艺条件要求相当严格，很难通过常规感应熔炼技术规模化生产。至于铬、铁含量在5％～10％的CuCr、CuFe合金，很少有研究人员通过常规感应熔炼技术制备，且目前相关研究较少。为了能够制备铬、铁含量2％～10％的CuCr、CuFe合金，研究人员常常采用机械合金化方法，然而这种方法制备的合金粉末致密性差，在球磨过程中容易带入杂质元素，产物难以控制和预测，且球磨过程中氧化问题难以解决，这些问题使其发展受到了阻碍。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种CuX(X为Cr或Fe)合金的原位合成制备方法。该制备方法生产成本低廉，工艺简单，所得合金含量可控，纯净度较高；且得合金没有发现宏观偏析，元素分布均匀，性能得到较大改善。原位合成法是是在一定条件下，依靠合金成分设计，在合金体系内发生化学反应生成一种或几种高硬度、高弹性模量增强体，而达到增强基体目的的工艺方法。通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高，且元素分布比较均匀。本专利技术的CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，熔炼铜镁合金：以电解铜和镁锭为原料，采用碳质炉衬的感应炉熔炼，在850～1200℃保温5～10min，浇铸得到CuMg合金锭，成分按质量百分比为：Mg∶10～25％，余量为Cu；步骤2，混料制锭：(1)将CuMg合金锭粉碎至100～1000um；(2)按质量百分比，Cr2O3粉∶Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.7～375)∶(1.9～4.8)或Fe2O3粉∶Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.8～384)∶(1.8～4.6)，其中Cr2O3粉或Fe2O3粉，Cu粉的粒度均为70～500um，配料后，采用三维混粉机混合30～120min；(3)将混合物料压制成块体；步骤3，双层石墨坩埚熔炼：采用双层石墨坩埚：坩埚为无盖的圆柱体或长方体，在1/3～2/3高处设置有带孔的上底，其中上底的孔面积∶上底面积＝1∶(49～69)，孔的直径为2～5mm；以上底为界，上底及上底以上的部分，称为上层坩埚，上底以下部分，称为下层坩埚；坩埚采用石墨材质；将块体物料放入上层坩埚中，在氩气气氛或真空条件下，采用中频感应炉，在1200～1400℃熔炼5～30min，金属液流入下层坩埚，残渣留在上层坩埚，然后在1200～1400℃保温4～10min；循环水冷快速冷却凝固，在下层坩埚得到CuCr或CuFe合金。其中，步骤1中，电解铜的纯度为99.99％，镁锭的纯度为99.99％，步骤1制得的铜镁合金，镁和铜形成MgCu2和Mg2Cu金属化合物；步骤2(1)采用颚式粉碎机进行粉碎；步骤2(3)采用压样机在50～200吨的压力下将其压制成Φ20～100mm的圆柱状块体；步骤3中，金属液流入下层坩埚，然后在1200～1400℃保温4～10min的作用是除气；本制备方法得到CuCr或CuFe合金，按质量百分含量，Cr或Fe为0.18～10％，余量为Cu。本专利技术为CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，其基本原理如下：2Mg+Cu＝CuMg2Mg+2Cu＝Cu2Mg3CuMg2+2Cr2O3＝6MgO+4Cr+3Cu3Cu2Mg+Cr2O3＝3MgO+2Cr+6Cu3CuMg2+2Fe2O3＝6MgO+4Fe+3Cu3Cu2Mg+Fe2O3＝3MgO+2Fe+6Cu反应置换出来的Fe或Cr直接与铜基体结合。本专利技术的CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，和现有技术相比，具有如下特点：(1)本专利技术的制备方法，以Cr2O3粉、Fe2O3粉、Cu粉以及镁锭为原料，降低了生产过程中的原料成本。(2)本专利技术的制备方法，缩短合金的熔炼时间，减少挥发，同时降低能耗。(3)本专利技术的制备方法，操作简单，工艺条件要求宽松。(4)本专利技术的制备方法制得的CuCr或CuFe合金没有发现夹杂物以及宏观偏析，且其均匀性好、致密度高，其性能得到明显改善，合金收得率较高。(5)本专利技术的制备方法，可以生产铬、铁质量含量在0.18～10％的CuCr、CuFe合金，对于制备同等类型的合金具有自身的技术优势。附图说明图1本专利技术实施例1、实施例2、实施例6和实施例7采用的双层石墨坩埚的结构示意图；图2本专利技术实施例2原位合成法制备的CuCr合金的金相组织图片；图3本专利技术实施例2原位合成法制备的CuCr合金及其冷轧+热处理后的拉伸曲线图；图4本专利技术实施例3原位合成法制备的CuCr合金的金相组织图片；图5本专利技术实施例4原位合成法制备的CuCr合金的金相组织图片。具体实施方式测试仪器：使用LeicaDMR金相显微镜采集金相图片，利用WD-Z涡流电导仪测其导电率，利用WDW-200H型电子万能试验机测试其拉伸性能，利用EZ-V30A/V50A触摸屏数显维氏硬度计测试其维氏硬度。实施例1CuCr合金的原位合成制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，熔炼铜镁合金：以电解铜和镁锭为原料，采用碳质炉衬的感应炉熔炼，在1200℃，保温5min，浇铸得到CuMg合金锭，成分按质量百分比为：Mg∶10％，余量为Cu；镁和铜形MgCu2和Mg2Cu金属化合物；步骤2，混料制锭：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，熔炼铜镁合金：以电解铜和镁锭为原料，采用碳质炉衬的感应炉熔炼，在850～1200℃保温5～10min，浇铸得到CuMg合金锭，成分按质量百分比为：Mg：10～25％，余量为Cu；步骤2，混料制锭：(1)将CuMg合金锭粉碎至100～1000um；(2)按质量百分比，Cr2O3粉∶Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.7～375)∶(1.9～4.8)或Fe2O3粉∶Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.8～384)∶(1.8～4.6)，其中Cr2O3粉或Fe2O3粉，Cu粉的粒度均为70～500um，配料后，采用三维混粉机混合30～120min；(3)将混合物料压制成块体；步骤3，双层石墨坩埚熔炼：采用双层石墨坩埚：坩埚为无盖的圆柱体或长方体，在1/3～2/3高处设置有带孔的上底，其中上底的孔面积∶上底面积＝1∶(49～69)，孔的直径为2～5mm；以上底为界，上底及上底以上的部分，称为上层坩埚，上底以下部分，称为下层坩埚；坩埚采用石墨材质；将块体物料放入上层坩埚中，在氩气气氛或真空条件下，采用中频感应炉，在1200～1400℃熔炼5～30min，金属液流入下层坩埚，残渣留在上层坩埚，然后在1200～1400℃保温4～10min；循环水冷快速冷却凝固，在下层坩埚得到CuCr或CuFe合金。...

【技术特征摘要】
1.一种CuCr或CuFe合金的原位合成制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，熔炼铜镁合金：
以电解铜和镁锭为原料，采用碳质炉衬的感应炉熔炼，在850～1200℃保温5～10min，浇
铸得到CuMg合金锭，成分按质量百分比为：Mg：10～25％，余量为Cu；
步骤2，混料制锭：
(1)将CuMg合金锭粉碎至100～1000um；
(2)按质量百分比，Cr2O3粉∶Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.7～375)∶(1.9～4.8)或Fe2O3粉∶
Cu粉∶CuMg合金＝1∶(4.8～384)∶(1.8～4.6)，其中Cr2O3粉或Fe2O3粉，Cu粉的粒度均为
70～500um，配料后，采用三维混粉机混合30～120min；
(3)将混合物料压制成块体；
步骤3，双层石墨坩埚熔炼：
采用双层石墨坩埚：坩埚为无盖的圆柱体或长方体，在1/3～2/3高处设置有带孔的上底，
其中上底的孔面积∶上底面积＝1∶(49～69)，孔的直径为2～5mm；以上底为界，上底及上底
以上的部分，称为上层坩埚，上底以下部分，称为下层坩埚；坩埚采用石墨材质；
将块体物料放入上层坩埚中，在氩气气氛或真空条件下，采用中频感应炉，在1200～
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【专利技术属性】
技术研发人员：佟伟平，沈德鹏，杨旭，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21