一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属粉末加工
，具体是涉及一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法。

技术介绍

[0002]纯铜（紫铜）因其优异的导电、导热、耐磨、耐腐蚀性能而被广泛应用于各个领域中，如电工、机电、电子等行业。但随着现代工业的发展，纯铜其软态强度较低，尤其抗高温变形能力差，越来越无法满足使用要求。
[0003]合金化制备方法是制备高强高导铜合金的有效方法之一，即在铜基体中加入一定的合金元素，通过形成过饱和固溶体，使铜基体发生晶格畸变或通过时效析出强化，从而获得满足实际要求的高强高导铜合金。其主要的强化方式有：固溶强化、沉淀强化、细晶强化和变形强化这四种。然而，随着航空航天领域的快速发展，对铜合金提出更严格要求。不仅需要铜合金具备良好的导电导热性能，还需要其具有优异的耐高温性能及抗蠕变性能。例如，作为可重复使用的运载火箭内衬材料，该合金需要具有较高的高温强度、优异的抗蠕变性、良好的低周疲劳寿命和良好的热稳定性。
[0004]在航天发动机反复运行的期间，衬里壁向内逐渐弯曲，直到冷通道壁失效。热烫会加剧这种情况，热烫会增加环境侵蚀、表面粗糙化以及由于形成低导电性氧化物和多孔金属而导致温度升高。这可能导致衬里开裂。虽然冷却通道故障不会直接危及机组人员，但发动机性能会降低，航天器可能无法到达正确的轨道或轨道。因此，合适的内衬材料至关重要。
[0005]CuCrNb合金作为新一代耐高温铜合金，具有优异的耐高温性能，同时具有良好的导电、导热及抗蠕变性能，是航空航天领域发展中不可或缺的材料之一。且随着3D打印技术的发展，解决了复杂结构零部件的制造问题，更加拓展了该合金的应用领域及范围。目前国外发达国家，如美国已开发出该种材料并广泛应用于航空航天领域，且对我国进行了技术封锁。因此，我们急需攻克该技术难题，使该材料国产化，为我国航空航天领域的发展做出贡献。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术公开了一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2
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6.5%、Nb 2.9
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5.8%、余量为铜；所述铜合金粉末的制备方法包括以下步骤：S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2600
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2700℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散
分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，持续熔炼2
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3h得到合金铸锭；S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻保温温度为1000
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1200℃，热锻保温时间为120
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180min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为800
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900℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1000
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1200℃，保温时间30
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60min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕；S3机加工：将热锻好的合金铸锭进行机加工，制备雾化制粉所需的旋转电极的旋转电极；S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相；S5筛分：将步骤S4得到的对粉末过270目筛网进行筛分，粒径为53
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150μm的粉末为粗粉，占总粉末体积的52
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69%，粒径小于53μm的粉末为细粉，占总粉末体积的31
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48%。
[0008]进一步地，所述步骤S1中CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr，Cr和Nb在Cu中的固溶点很低，因此在速冷条件下金属液滴中会析出CrNb相，而CrNb析出相可以提高合金的耐高温性能。
[0009]进一步地，所述步骤S2中热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 40
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60mm，长度L 400
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500mm。通过热锻提高合金性能并使其适配机加工装置尺寸。
[0010]进一步地，所述步骤S3中旋转电极的尺寸大小为：直径φ 30mm，长度L 170mm。通过调整旋转电极的尺寸大小以适配本专利技术的等离子旋转气雾化制粉装置。
[0011]进一步地，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉的转速为25000
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45000 r/min，电流为800
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1000A，进给速度为1.5
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2.5mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为20
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25℃。通过控制起弧转速及稳定制粉转速，可控制细粉（≤53μm）与粗粉（53
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150μm）的比例。
[0012]进一步地，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉所使用的制粉装置包括检修架、固定在所述检修架一侧的旋转电机、固定在检修架另一侧的雾化罐、位于所述雾化罐中部外侧的等离子发生器以及位于雾化罐底部的收粉罐，所述旋转电机用于带动所述旋转电极高速旋转，旋转电极末端通过供气组件与雾化罐内侧中部连接，检修架内部设有的真空泵与所述雾化罐内部连接。用于对雾化罐内部抽真空；所述雾化罐为中部向外凸起的圆柱体，雾化罐内壁两侧分别设有冷却腔组和回流冷却管组，所述冷却腔组包括上下对称设置的第一冷却腔和第二冷却腔，所述回流冷却管组包括第一回流冷却管和第二回流冷却管，所述第一回流冷却管一端与所述第一冷却腔下部连接，另一端与所述第二冷却腔上部连接，所述第二回流冷却管一端与第二冷却腔上部连接，另一端与第一冷却腔上部连接；所述供气组件包括用于支撑旋转电极的固定套、套设在所述固定套下部中心处的输气管，所述输气管位于旋转电极下方，输气管末端设有一组通过伺服电机控制转动的分支管组，所述分支管组设有若干用于破碎金属液滴并改变金属液滴的运动方向的分支管，
输气管中部下方连接设有导气管，所述导气管末端设有指向两侧的分支导气管，所述雾化罐两侧底部的外壁上设有液氮冷却腔，所述收粉罐上部设有筛分组件。
[0013]更进一步地，所述第一回流冷却管与所述第一冷却腔的连接处设有第一水泵，所述第二回流冷却管与所述第二冷却腔连接处与位于第二冷却腔底部的第二水泵连接。通过建立雾化罐内部的水循环以提高对金属液滴的冷却效果，同时高转速骤冷条件下可以促进CrNb相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2
‑
6.5%、Nb 2.9
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5.8%、余量为铜；所述铜合金粉末的制备方法包括以下步骤：S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2600
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2700℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，持续熔炼2
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3h得到合金铸锭；S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻保温温度为1000
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1200℃，热锻保温时间为120
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180min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为800
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900℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1000
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1200℃，保温时间30
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60min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕；S3机加工：将热锻好的合金铸锭进行机加工，制备雾化制粉所需的旋转电极（6）；S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极（6）装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极（6）端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相；S5筛分：将步骤S4得到的对粉末过270目筛网进行筛分，粒径为53
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150μm的粉末为粗粉，占总粉末体积的52
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69%，粒径小于53μm的粉末为细粉，占总粉末体积的31
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48%。2.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr。3.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 40
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60mm，长度L 400
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500mm。4.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中旋转电极（6）的尺寸大小为：直径φ 30mm，长度L 170mm。5.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉的转速为25000
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45000 r/min，电流为800
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1000A，进给速度为1.5
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2.5mm/s...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛雨杰，马明月，王聪利，庾高峰，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：