含微量Pb元素的Cu-Cr合金及其凝固制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含微量Pb元素的Cu‑Cr合金及其凝固制备方法，属于Cu‑Cr合金制备技术领域。采用向Cu‑Cr合金中添加微量的元素Pb，提高Cu‑Cr合金熔体冷却过程中液‑液相变时富Cr富相液滴的形核率，促进弥散型Cu‑Cr合金复合凝固组织的形成。本发明专利技术可用于制备富Cr粒子弥散分布于富Cu基体的Cu‑Cr合金材料。

Cu-Cr alloy containing trace element Pb and its solidification process

The invention discloses a Cu_Cr alloy containing trace Pb element and a solidification preparation method thereof, belonging to the technical field of Cu_Cr alloy preparation. The addition of trace element Pb to Cu_Cr alloy can increase the nucleation rate of Cr-rich droplets during liquid_liquid phase transition and promote the formation of dispersive Cu_Cr alloy composite solidification structure. The invention can be used to prepare Cu rich Cr alloy materials with rich Cr particles dispersed in Cu rich matrix.

【技术实现步骤摘要】
含微量Pb元素的Cu-Cr合金及其凝固制备方法
本专利技术涉及Cu-Cr合金制备
，具体涉及一种含微量Pb元素的Cu-Cr合金及其凝固制备方法。
技术介绍
Cu-Cr合金是一种重要的电触头材料。该材料要求富Cr相以粒子形式弥散分布于Cu基体中。但Cu-Cr合金相图如图1所示，存在亚稳液态组元不混溶温度区间。当均一的合金熔体冷却到亚稳液态组元不混溶温度区间内时，将发生液-液相变，富Cr液滴自熔体中沉淀析出。由于两液相间的比重差很大，富Cr液滴会发生沉积，同时，凝固过程中熔体内的温度梯度会导致液滴/熔体的界面能梯度，致使液滴向高温区迁移，因此，Cu-Cr合金液-液相变期间极易形成相偏析严重乃至两相分层的现象，其制备极为困难，采用传统铸造法很难得到组织均匀的合金材料，这限制了Cu-Cr合金的工业制备与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含微量Pb元素的Cu-Cr合金及其凝固制备方法，通过向Cu-Cr合金熔体中添加微量Pb元素，提高Cu-Cr合金熔体冷却过程中液-液相变时富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu-Cr合金复合凝固组织的形成。本专利技术的技术方案是：一种含微量Pb元素的Cu-Cr合金，该Cu-Cr合金中Pb元素含量≥0.05wt％，其中：Pb元素含量优选为0.05～0.1wt％；Cr元素含量为15～40wt％，其余为Cu。所述Cu-Cr合金具有弥散型复合凝固组织，其中Cr相以粒子形式弥散分布于Cu基体中。上述含Pb元素的具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr合金采用快速凝固铸造技术制备，如金属型或石墨型铸造。具体过程为：加热熔炼Cu-Cr合金原料，向Cu-Cr合金熔体中添加Pb元素，当含有Pb元素的Cu-Cr合金熔体冷却至亚稳液态组元不混溶温度时，富Cr相液滴自熔体中沉淀析出，Pb元素降低两液相间的界面能，提高富Cr相液滴的形核率，有利于获得含Pb元素的具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr合金。所述Cu-Cr合金的熔炼温度为Tc，满足Tb+100℃<Tc<1650℃，其中Tb为Cu-Cr合金的平衡液-液相变温度。所述Cu-Cr合金的浇注温度在Cu-Cr合金的平衡液-液相变温度Tb以上。本专利技术的原理如下：Cu-Cr是一种偏晶合金，均一的Cu-Cr合金熔体冷却过程中会发生液-液相变，富Cr液滴自熔体中沉淀析出。对于Cu-Cr合金而言，Pb是一种表面活性元素，向Cu-Cr合金熔体中添加微量Pb元素后，当Cu-Cr合金熔体冷却至亚稳液态组元不混溶温度时，富Cr相液滴自熔体中沉淀析出，Pb元素能降低富Cr液滴与基体熔体间的界面能，这既降低了富Cr相液滴的形核阻力，提高其形核速率，又降低了液滴的Marangoni迁移速度，因此，促进弥散型Cu-Cr合金复合凝固组织的形成。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用添加表面/界面活性元素Pb的方法控制Cu-Cr合金的液-液相变热力学与动力学过程，制备具有Cr以粒子形式弥散分布于Cu基体的Cu-Cr复合材料。2、本专利技术尤其适合于冷却速度较快的铸造技术，如：金属型、石墨型铸造等。附图说明图1为Cu-Cr合金示意相图。图2为Cu-15wt％Cr合金试样的微观组织，其中：(a)未添加Pb；(b)添加了0.1wt％Pb。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。图3为Cu-20wt％Cr合金试样的微观组织，其中：(a)未添加Pb；(b)添加了0.07wt％Pb。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。Cu-Cr合金熔体冷却时首先发生液-液相变(见图1)，凝固时极易形成偏析严重乃至两相分层的组织，制备极为困难。本专利技术研究了微量元素Pb对Cu-Cr合金凝固行为及组织的影响，发现微量的Pb能显著提高Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的形核率、细化凝固组织、促进弥散型凝固组织的获得。据此，本专利技术通过向Cu-Cr合金添加微量元素Pb，制备Cu-Cr合金弥散型复合材料。如图2、图3为所制备Cu-Cr合金的凝固组织。实施例1如图2所示，使用铜模铸造Cu-15wt％Cr合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加Pb的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加0.1wt％Pb的合金试样中富Cr相以弥散粒子形式存在，分布均匀。其制备过程如下：用电弧炉熔炼Cu-15wt％Cr合金和Cu-15wt％Cr-0.1wt％Pb合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。实施例2如图3所示，使用铜模铸造Cu-20wt％Cr合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加Pb的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加0.07wt％Pb的合金试样中富Cr相以弥散粒子形式存在，分布均匀。其制备过程如下：用电弧炉熔炼Cu-20wt％Cr合金和Cu-20wt％Cr-0.07wt％Pb合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含微量Pb元素的Cu‑Cr合金，其特征在于：该Cu‑Cr合金中Pb元素含量≥0.05wt％。

【技术特征摘要】
1.一种含微量Pb元素的Cu-Cr合金，其特征在于：该Cu-Cr合金中Pb元素含量≥0.05wt％。2.根据权利要求1所述的含微量Pb元素的Cu-Cr合金，其特征在于：该Cu-Cr合金中，Pb元素含量为0.05～0.1wt％。3.根据权利要求1所述的含微量Pb元素的Cu-Cr合金，其特征在于：该Cu-Cr合金中Cr元素含量为15-40wt％。4.根据权利要求1-3任一所述的含微量Pb元素的Cu-Cr合金，其特征在于：所述Cu-Cr合金具有弥散型复合凝固组织，其中Cr相以粒子形式弥散分布于Cu基体中。5.根据权利要求1-3任一所述的含微量Pb元素的Cu-Cr合金的凝固制备方法，其特征在于：该Cu-Cr合金采用快速凝固铸造技术制备，具体过程为：熔炼C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九洲，陶杰，张丽丽，江鸿翔，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21