一种Cu-Cr-Nb-Zr系合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
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Cr
‑
Nb
‑
Zr系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金制备
，具体涉及一种高抗蠕变Cu
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Cr
‑
Nb
‑
Zr系合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]CuCrZr合金因组织中含有尺度小于10nm的Cr沉淀相表现出较高的室温强度，但是现有的CuCrZr合金在高于400℃的温度下具有较差的抗蠕变性，这是由于Cr沉淀相在高于400℃的高温下快速粗化且该合金缺乏其他钉扎晶界的第二相。相比之下，CuCrNb合金(典型合金为Cu
‑
8Cr
‑
4Nb，at.％)由于在晶体内与晶界处分布着大量Cr2Nb相而具有较高的高温抗蠕变性能。但CuCrNb合金中由于Nb的原子分数较高，合金中所有Cr原子均与Nb共同生成了Cr2Nb相。CuCrNb合金中由于含有较高含量的Cr与Nb元素，需要采用高成本的粉末冶金工业进行制备才能避免在常规熔铸工艺过程中形成过于粗大的Cr2Nb相。高昂的制造成本使得CuCrNb合金仅能应用在高端的火箭发动机燃烧室内壁，限制了该类合金的应用。铜合金材料高温蠕变的机制主要为晶界滑移机制、位错运动机制等，为了提高铜合金的高温抗蠕变性能，需增加合金中稳定晶界、抑制位错滑移的第二相。因此，需要在现有铜合金的基础上开发一种铜合金，不仅具有较低的制造成本，同时通过添加第二相元素来提高材料高温抗蠕变性能。
[0003]专利“一种高强高导铜合金棒材的制备方法”(CN 107586977 B)和专利“一种Cu
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Cr
‑
Nb合金的制备方法”(CN 107653386 B)分别公开了采用在氩气保护的真空感应熔炼炉中结合细直径石墨模具浇铸和单纯采用氩气保护真空感应熔炼炉进行熔炼制备高强高导CuCrNb合金的方法。合金中按照质量百分比规定，Cr含量为0.5
‑
1.5％、Nb含量为0.1
‑
0.5％，由于未明确限制Cr/Nb元素的比例，添加净化晶界的元素，未能实现显微组织中析出相的分布的准确控制。专利CN111440963B、CN112553500A、CN110218897A中均采用气雾法制备CuCrNb合金粉末，随后利用热压、SPS等工艺实现合金制备，合金中添加了价格昂贵的稀有元素Co、Ti、稀土元素等合金元素，增加了原料成本，同时在制备工艺过程中，气雾化能耗成本也较高，合金制备工艺繁琐，不利于合金制备的低成本化。根据目前的文献检索，当前有关Cu
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Cr
‑
Nb合金及其制备方法在合金成分设计及工艺路线上，均存在一定的技术缺陷，难以实现其高温抗蠕变性能提高和低成本化生产。

技术实现思路

[0004]针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种高抗蠕变Cu
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Cr
‑
Nb
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Zr系合金及其低成本制备方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr系合金，其特征在于，所述合金的成分以重量百分比计包括：Cr 1.0～2.0％、Nb 0.85～1.7％、Zr 0.05～0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。
[0007]进一步地，所述Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr系合金的成分中Cr与Nb的质量百分比满足：1.15＜
Cr/Nb＜1.5。
[0008]本专利技术提供的一种Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr系合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009](1)按各元素的重量百分比进行备料，在真空感应炉中通入氩气进行熔炼，其中，首先将合金加热至1150℃～1200℃，保温15
‑
30min；再升温至1350℃至1500℃，保温20
‑
30min，然后浇注至水冷铜模具中快速冷却得到Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr合金锭；
[0010](2)将经步骤(1)得到的Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr合金锭经机械加工得到Cu
‑
Cr
‑
Nb
‑
Zr合金板材后，进行固溶、时效处理。
[0011]进一步地，所述步骤(1)中各元素的原料为：Cu采用纯度为≥99.99％的电解铜，Cr采用CuCr中间合金加入，Nb采用CuNb中间合金加入，Zr采用CuZr中间合金加入。
[0012]进一步地，所述步骤(2)中固溶处理温度为950～1000℃，保温时间为0.5
‑
2h，随后进行水淬；时效处理温度为400～500℃，保温时间为3～5h。
[0013]进一步地，得到的合金显微组织中包含分布于晶界的2
‑
10μm的粗大Cr2Nb相，分布于晶体内部的2
‑
10nm的细小Cr相和20
‑
40nm的Cu5Zr相，合金晶粒尺寸控制在25～120μm范围内。
[0014]本专利技术的有益技术效果，通过控制Cu
‑
Cr
‑
Nb合金中的Cr、Nb元素比例，实现组织中Cr2Nb与Cr析出相的比例及分布控制。通过固溶、时效处理后在晶内析出细小弥散的纳米级Cr相，强化铜基体，抑制合金蠕变过程中的位错运动机制；在晶界处生成粗大的耐高温Cr2Nb相稳定晶界，抑制位错滑移机制；通过添加微量元素Zr，捕获晶界杂质元素，净化晶界的同时提高合金强度。合金中Cr2Nb相在晶界的富集，抑制高温下晶粒长大，获得了细小晶粒与粗大晶粒结合的多模式晶粒尺寸的铜合金基体。通过晶界Cr2Nb相、细小弥散Cr析出相、多模式晶粒尺寸有效提升了铜合金的高温抗蠕变性能，500℃，90MPa下的蠕变速率可达6.7
×
10
‑5/s；通过采用非粉末冶金的合金制备工艺实现材料制备低成本化。
附图说明
[0015]图1为本专利技术制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0017]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0018]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0019]实施例1：
[0020]一种Cu
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Cr
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Nb
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Zr系合金，以重量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
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Cr
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Nb
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Zr系合金，其特征在于，所述合金的成分以重量百分比计包括：Cr 1.0～2.0％、Nb 0.85～1.7％、Zr 0.05～0.2％；其余为Cu以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的Cu
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Cr
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Nb
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Zr系合金，其特征在于，所述合金的成分中Cr与Nb的质量百分比满足：1.15＜Cr/Nb＜1.5。3.一种如权利要求1或2所述的一种Cu
‑
Cr
‑
Nb
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Zr系合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按各元素的重量百分比进行备料，在有氩气保护的真空感应熔炼炉中进行熔炼，其中，首先将合金加热至1150℃～1200℃，保温15
‑
30min；再升温至1350℃至1500℃，保温20
‑
30min，然后浇注至水冷铜模具中冷却得到Cu
‑
Cr
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N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云鹏，娄花芬，王同波，莫永达，王苗苗，
申请(专利权)人：昆明冶金研究院有限公司北京分公司，
类型：发明
国别省市：