一種快速低溫?zé)Y(jié)制備CuCr合金材料的方法
【專(zhuān)利摘要】一種快速低溫?zé)Y(jié)制備CuCr合金材料的方法，按照合金成分，將金屬Cu粉和金屬Cr粉按照Cr重量含量為10wt%～90wt%的比例配混合粉體。將配制好的CuCr混合粉體裝入石墨模具后放入放電等離子燒結(jié)爐中，在施加壓力的同時(shí)以50～300oC/min升溫速率升溫至燒結(jié)溫度，保溫1～5min，隨爐冷卻，全部燒結(jié)過(guò)程少于20分鐘。本發(fā)明可以根據(jù)不同CuCr合金材料選擇不同的壓力條件和燒結(jié)溫度，制備工藝簡(jiǎn)單，周期短，生產(chǎn)效率高，所需生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，而且制備的CuCr合金材料成分均勻，氧等氣體雜質(zhì)含量極低，純度高，組織致密，Cr相細(xì)小且分布均勻，導(dǎo)電性好，能滿(mǎn)足高性能輸變電設(shè)備的需要。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種快速低溫?zé)Y(jié)制備CuGr合金材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種快速低溫?zé)Y(jié)制備Cu Cr合金材料的方法，具體屬于合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]CuCr合金普遍應(yīng)用于能源化工和航空航天等領(lǐng)域的主導(dǎo)材料。在冶金學(xué)中要求這種材料具有良好的成分均勻性，適中Cr顆粒的大小，高密度和高純度，合適的硬度，以及力學(xué)的強(qiáng)塑性方面能夠良好匹配。由于Cr具有高的化學(xué)活性，不易與Cu形成固溶體，因此在銅鉻合金的研發(fā)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，采用粉末冶金工藝來(lái)制備Cr的骨架。然后滲Cu而得到一定形狀的材料;必要時(shí)再對(duì)燒結(jié)坯進(jìn)行冷復(fù)壓或熱復(fù)壓，從而使產(chǎn)品達(dá)到符合要求的密度和強(qiáng)度。
[0003]CuCr合金因具有較好的耐電壓強(qiáng)度和良好的開(kāi)斷電流能力，作為觸頭材料廣泛用于中高壓真空斷路器中。氣體、雜質(zhì)含量和顯微組織形貌等是決定其性能的關(guān)鍵。當(dāng)材料中含有較高的氧含量或較多的夾雜物時(shí)，將極大地?fù)p害觸頭性能甚至不能使用。合金顯微組織的不均勻?qū)?huì)產(chǎn)生偏析，降低合金的使用性能。合金中的Cr相越細(xì)小，則耐電壓強(qiáng)度越高。因此，不斷降低材料中的氣體含量、減少夾雜物的污染和顯微組織細(xì)小均勻化是發(fā)展高性能CuCr觸頭材料的關(guān)鍵。
[0004]綜合國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，CuCr合金的性能取決于其組織結(jié)構(gòu)的致密性和均勻性。在常規(guī)粉末冶金燒結(jié)條件下，金屬銅和鉻之間互不溶解，浸潤(rùn)性差，使兩種粉末復(fù)合的致密化過(guò)程進(jìn)行相對(duì)困難，迄今，CuCr合金的制造方法主要有以下三種:(I)熔滲法；(2)冷壓燒結(jié)法；(3)電弧熔煉法。在冶金過(guò)程中，無(wú)論是熔滲還是燒結(jié)，合金組元Cr基本上保持固態(tài)分布的，而顆粒的大小基本保持不變。受到制備工藝的影響，產(chǎn)品總是存在一定的缺陷，導(dǎo)致材料的性能和壽命會(huì)有影響。20世紀(jì)中期，德國(guó)開(kāi)發(fā)出CuCr合金的電弧熔煉技術(shù)，并投入工業(yè)生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)近幾年除引進(jìn)該工藝設(shè)備外，也進(jìn)行了試驗(yàn)。此外國(guó)內(nèi)外還有人進(jìn)行了有坩禍感應(yīng)熔煉，等離子熔煉等工藝試驗(yàn)，由于Cr與O2，他易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而且生成的鉻氧化物很難被還原。因此CuCr合金的熔煉必須在高真空或惰性保護(hù)氣氛中進(jìn)行。合金材料的燒結(jié)是一個(gè)持續(xù)的致密化過(guò)程，在傳統(tǒng)的燒結(jié)方法中，燒結(jié)溫度越高，燒結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，其致密化程度越大，但同時(shí)會(huì)引起Cr相粗大，從而影響CuCr合金的性能。中國(guó)專(zhuān)利102728843B公開(kāi)了一種CuCr觸頭材料的制備工藝，該工藝制備CuCr合金的溫度較高，時(shí)間長(zhǎng)，致密度較低，氣體雜質(zhì)含量較高，其使用性能受到影響。如何控制CuCr合金的燒結(jié)過(guò)程，大大縮短燒結(jié)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速低溫?zé)Y(jié)，獲得高強(qiáng)度和高致密的CuCr合金，這在拓展合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域方面顯得尤為重要。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)傳統(tǒng)燒結(jié)工藝技術(shù)制備CuCr合金材料存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種快速低溫?zé)Y(jié)制備CuCr合金材料的方法，按照Cr重量百分比為10wt%?90wt%的比例，將金屬Cu粉和金屬Cr粉配制成銅鉻混合粉體后裝入石墨模具，再放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行低溫快速燒結(jié)。所述的低溫快速燒結(jié)條件為:對(duì)銅鉻混合粉體施加壓力20?lOOMPa，持續(xù)整個(gè)燒結(jié)過(guò)程;真空度為10—1?10—3Pa ；燒結(jié)溫度為800?900°C，升溫速率50?300°C/min，保溫時(shí)間I?5min0
[0007]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明可以根據(jù)不同CuCr合金材料選擇不同的壓力條件和燒結(jié)溫度，制備工藝簡(jiǎn)單，周期短，生產(chǎn)效率高，所需生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好，而且制備的CuCr合金材料成分均勻，氧等氣體雜質(zhì)含量極低，純度高，材料致密度大于99.5%，Cr相細(xì)小且分布均勻，導(dǎo)電性好，能滿(mǎn)足高性能輸變電設(shè)備的需要。
[0008]
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1:本發(fā)明所制備的CuCr合金材料金相顯微照片。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0011]實(shí)施例1
將Cu:Cr的重量比為9:1的Cu、Cr混合粉體用機(jī)械法干混4小時(shí)后，取一定質(zhì)量的混合粉裝入石墨模具，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，在真空度多1*10—2Pa,燒結(jié)的壓力為20MPa的條件下，以200°C/min升溫速率升溫至850°C，保溫5min，隨爐冷卻，即得高致密和高強(qiáng)度的CuCr合金。
[0012]上述所得的CuCr合金材料經(jīng)測(cè)試密度為8.68g/cm3，硬度(HB)80，明顯高于市售產(chǎn)品的性能。
[0013]實(shí)施例2
將Cu: Cr的重量比為7:3的Cu、Cr混合粉體用機(jī)械法干混4小時(shí)后，取一定質(zhì)量的混合粉裝入石墨模具，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，在真空度多5*10—2Pa,燒結(jié)的壓力為50MPa的條件下，以200°C/min升溫速率升溫至850°C，保溫3min，隨爐冷卻，即得完全致密和高強(qiáng)度的CuCr合金。
[0014]上述所得的CuCr合金材料經(jīng)測(cè)試密度為8.228g/cm3，硬度(HB)83，明顯高于市售產(chǎn)品的性能。
[0015]實(shí)施例3
將Cu: Cr的重量比為5:5的Cu、Cr混合粉體用機(jī)械法干混4小時(shí)后，取一定質(zhì)量的混合粉裝入石墨模具，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，在真空度多5*10—3Pa,燒結(jié)的壓力為10MPa的條件下，以200°C/min升溫速率升溫至900°C，保溫3min，隨爐冷卻，即得完全致密和高強(qiáng)度的Cu Cr合金。
[0016]上述所得的CuCr合金材料經(jīng)測(cè)試密度為7.95g/cm3，硬度(HB)86，明顯高于市售產(chǎn)品的性能。
[0017]以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速低溫?zé)Y(jié)制備CuCr合金材料的方法，其特征在于:所述的方法為:按照Cr重量百分比為10wt%?90wt%的比例，將金屬Cu粉和金屬Cr粉配制成銅絡(luò)混合粉體后裝入石墨模具，再放入放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行低溫快速燒結(jié);所述的低溫快速燒結(jié)條件為:對(duì)銅鉻混合粉體施加壓力20?lOOMPa，持續(xù)整個(gè)燒結(jié)過(guò)程;真空度為10—1?10—3Pa;燒結(jié)溫度為800?900°(:，升溫速率50?300°(:/1^11，保溫時(shí)間1?51^11。
【文檔編號(hào)】C22C1/04GK106086493SQ201610681271
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月18日 公開(kāi)號(hào)201610681271.7, CN 106086493 A, CN 106086493A, CN 201610681271, CN-A-106086493, CN106086493 A, CN106086493A, CN201610681271, CN201610681271.7
【發(fā)明人】王操, 陳雅娟
【申請(qǐng)人】江西理工大學(xué)