一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法，属于合金复合材料及其制备技术领域。其特征在于：该合金线材是以Cu-Bi-Sn难混溶合金为原料，采用脉冲电流作用下的连续凝固技术制备出弥散相均匀分布于基体中的铜铋锡难混溶合金复合线材；其中：凝固速度为8-20mm/s。本发明专利技术采用脉冲电流作用下的连续凝固技术，提高(10-15)wt%Cu-(75-80)wt%Bi-10wt%Sn合金液-液相变过程中富（Cu，Sn）相（以下称：弥散相）的形核率，抑制相偏析，制备弥散型Cu-Bi-Sn合金复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法
本专利技术属于合金线材制备
，具体涉及一种弥散型Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材及其制备方法。
技术介绍
Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材在焊接、催化和机械等领域有着广泛的应用前景。因此开发一种弥散型铜铋锡合金复合线材及其制备技术是十分必要的，具有重大的市场价值。但该类合金熔体冷却时存在着液-液相变过程，在重力场内凝固时极易形成比重偏析严重的组织，其制备与应用受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法，提出通过适当地选取合金成分和结晶器内衬材料，在脉冲电流作用下进行连续凝固，使合金液-液相变过程中弥散相液滴的形核率增加，减弱并消除凝固过程中的相偏析现象，获得弥散相均匀分布于基体的铜铋锡难混溶合金复合线材。本专利技术的技术方案是：一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材的制备方法，该方法是以Cu-Bi-Sn难混溶合金为原料，采用脉冲电流作用下的连续凝固技术制备出弥散相均匀分布于基体中的铜铋锡难混溶合金复合线材；其中：凝固速度为8-20mm/s。所述采用脉冲电流作用下的连续凝固技术是指：制备过程中对合金熔体施加沿结晶器轴向方向的脉冲电流，同时所采用连续凝固装置其结晶器的内衬材料为刚玉，结晶器内径5-15mm。所述脉冲电流的峰值电流密度为（1～3）×104A/cm2，脉冲宽度为4～6μs，脉冲频率为20～50Hz。所述Cu-Bi-Sn合金原料的化学成分中：Cu(10-15)wt%，Sn10wt%，Bi为余量。本专利技术所述的弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材的制备方法具体包括以下步骤：1）将所述Cu-Bi-Sn难混溶合金原料加热熔化，形成均匀的合金熔体；2）在脉冲电流作用下对合金熔体进行连续凝固，获得弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材。采用上述方法所获得的弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材中，富（Cu，Sn）相粒子弥散分布于富Bi合金基体中。本专利技术的原理如下：脉冲电流作用下凝固时，Cu-Bi-Sn难混溶合金液-液相变过程中富（Cu，Sn）相液滴形核率增加、平均半径减小，液滴沿结晶器轴向的Stokes运动速度和Marangoni运动速度均减小，促使弥散型Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材的获得。附图说明图1为带有脉冲电流发生器的连续凝固装置。图中：1-导线；2-石墨电极；3-坩埚；4-加热电阻丝；5-合金熔体；6-脉冲发生装置；7-结晶器；8-水冷器；9-合金棒；10-导电滑片；11-提拉棒。图2为未施加脉冲电流时15wt%Cu-75wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织。图3为施加脉冲电流时15wt%Cu-75wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：30000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。图4为未施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以8mm/s速度连续凝固后的组织。图5为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以8mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：20000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。图6为未施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织。图7为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：10000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。图8为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织（峰值电流密度为：30000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为4μs）。图9为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织（峰值电流密度为：30000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。图10为峰值电流密度为：30000A/cm2，脉冲宽度为6μs，脉冲频率为20Hz时，10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织。具体实施方式研究表明，在连续凝固条件下，Cu-Bi-Sn难混溶合金在液-液相变过程中富（Cu,Sn）液滴形核率较低，通常导致弥散相液滴粗大、分布不均匀甚至两相分层组织的形成，如图2、图4和图6所示。当对熔体通以沿结晶器轴向方向的脉冲电流时，弥散相液滴形核率增加，可形成弥散型复合线材。据此，本专利技术通过选用Cu-Bi-Sn难混溶合金,利用脉冲电流作用下的连续凝固技术，制备了弥散型复合线材，如图3、图5、图7、图8和图9所示。以下实施例中所用凝固装置如图1所示，该装置是在常规连续凝固装置的基础上增加一个脉冲发生装置6，使其能对合金熔体5施加脉冲电流，同时结晶器7的内衬采用刚玉材料，结晶器7内径5-15mm。具体结构为：该凝固装置包括用于熔化金属的坩锅3、用于凝固合金熔体5的结晶器7以及脉冲发生装置6；其中：通过加热电阻丝4对所述坩锅3加热，通过水冷器8对所述结晶器7冷却，从而使合金熔体5凝固，水冷器8下方设置牵引合金棒（线材）9的提拉棒11。所述脉冲发生装置6其一个输出端通过导线1连接石墨电极2的一端，所述石墨电极2的另一端伸入坩锅3中的合金熔体5内。所述脉冲发生装置6其另一个输出端通过导电滑片10与合金棒9连接，从而实现对合金熔体5施加脉冲电流。实施例1选用15wt%Cu-75wt%Bi-10wt%Sn合金，使用脉冲电流作用下的连续凝固装置，用刚玉为结晶器的内衬材料，凝固速度为10mm/s，通过熔体的峰值电流密度为30000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs。制备出弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材，其直径为8mm。其制备过程如下：用电阻炉熔炼Cu-Bi-Sn合金，通过在1173K保温、搅拌40分钟后获得均一熔体；使熔体在脉冲电流（峰值电流密度为30000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）作用下连续凝固。本实施例所得合金复合线材如图3所示，图中白色相为富Bi基体，黑色相为富（Cu，Sn）相。凝固过程中脉冲电流促使弥散相液滴形核率增加，凝固组织中弥散相尺寸细小且均匀分布。对比例1与实施例1不同之处在于：对合金熔体未施加脉冲电流。所得Cu-Bi-Sn合金复合线材组织如图2所示。图2中白色相为富Bi基体，黑色相为富（Cu，Sn）相，凝固过程中弥散相液滴形核率较低，凝固组织中弥散相尺寸粗大且不均匀分布。实验表明，实施例1凝固试样中弥散相粒子尺寸较对比例1中未施加脉冲电流时细小，且粒子均匀分布于基体中。实施例2选用10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金，使用脉冲电流作用下的连续凝固装置，用刚玉为结晶器的内衬材料，凝固速度为8mm/s，通过熔体的峰值电流密度为20000A/cm2，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs。制备出弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材，其直径为8mm。其制备过程如下：用电阻炉熔炼Cu-Bi-Sn合金，通过在1173K保温、搅拌40分钟后获得均一熔体；使熔体在脉冲电流（峰值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材的制备方法，其特征在于：该方法是以Cu‑Bi‑Sn难混溶合金为原料，采用脉冲电流作用下的连续凝固技术制备出弥散相均匀分布于基体中的铜铋锡难混溶合金复合线材；其中：凝固速度为8‑20mm/s。

【技术特征摘要】
1.一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材的制备方法，其特征在于：该方法是以Cu-Bi-Sn难混溶合金为原料，采用脉冲电流作用下的连续凝固技术制备出弥散相均匀分布于基体中的铜铋锡难混溶合金复合线材；其中：凝固速度为8-20mm/s；按重量百分含量计，所述Cu-Bi-Sn难混溶合金原料的化学成分中：Cu为10-15％，Sn为10％，Bi为余量；所述采用脉冲电流作用下的连续凝固技术是指制备过程中对合金熔体施加沿结晶器轴向方向的脉冲电流，同时所采用连续凝固装置其结晶器的内衬材料为刚玉，结晶器内径5-15mm；所述脉冲电...

【专利技术属性】
技术研发人员：江鸿翔，赵九洲，
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