一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备制造技术

本发明专利技术提供一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，包括低温轧制箱体、液氮罐和温度传感器，所述低温轧制箱体内配合的设置有上轧辊和下轧辊；所述低温轧制箱体侧壁上设置有与上轧辊、下轧辊配合的材料进口和材料出口，所述材料进口和材料出口分别设置有滑动挡板，通过滑动所述滑动挡板能实现材料进口和材料出口开启和关闭；所述低温轧制箱体内壁上设置有多个喷头，所述喷头通过管路与液氮罐连通，所述喷头与液氮罐之间的管路上设置有蠕动泵；所述温度传感器设置在低温轧制箱体侧壁上。采用本发明专利技术所述设备制备得到的析出强化型高强高导CuZr合金具有优良的力学性能和导电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备
本专利技术涉及材料技术，尤其涉及一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备。
技术介绍
铜及铜合金由于较高的强度和良好的导电性，广泛应用于轨道交通接触线、集成电路引线框架、电阻焊电极及小型电子设备。固溶原子、晶体缺陷、晶粒尺寸等因素影响铜合金的导电性，其中，固溶原子使铜基体产生较大的晶格畸变，大幅度降低铜合金的导电性能。因此，相比与固溶强化型铜合金，析出强化型铜合金成为制备高强高导铜合金的热点。强度和导电性是一对相互矛盾的性能，提高力学性能就不可避免地降低导电性。弥散分布的析出相提高铜合金强度的同时，对导电性能影响较小，因而可以制备高强高导产品。CuZr合金是一种典型的析出强化型铜合金，传统的热机械处理法(热轧-固溶-冷轧-时效)可以获得一定的强度和良好的导电性，但是强度难以满足日益发展的产品需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有CuZr合金强度难以满足日益发展的产品需求的问题，提出一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，该设备结构简单，采用其制备得到的合金具有优良的力学性能和导电性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，包括低温轧制箱体、液氮罐和温度传感器，所述低温轧制箱体内配合的设置有上轧辊和下轧辊；所述低温轧制箱体侧壁上设置有与上轧辊、下轧辊配合的材料进口和材料出口，所述材料进口和材料出口分别设置有滑动挡板，通过滑动所述滑动挡板能实现材料进口和材料出口开启和关闭；所述低温轧制箱体内壁上设置有多个喷头，所述喷头通过管路与液氮罐连通，所述管路上设置有管阀，所述喷头与液氮罐之间的管路上设置有蠕动泵；所述温度传感器设置在低温轧制箱体侧壁上，用于实时监测箱内温度变化。进一步地，所述低温轧制箱体为双层不锈钢箱体，双层不锈钢之间填充有保温棉，能有效杜绝环境温度对轧辊的影响。进一步地，所述温度传感器的探头设置在低温轧制箱体内壁上，所述温度传感器的温度显示面板固定在低温轧制箱体外壁上。进一步地，所述喷头为4-6个，所述喷头分别朝向上轧辊和下轧辊。进一步地，所述低温轧制箱体底端设置有回流液收集凹槽，所述凹槽底端通过管路与液氮罐连接，所述管路上设置有管阀。进一步地，所述上轧辊和下轧辊附近分别设置有防结冰装置，在上轧辊和下轧辊旋转时，挡板能去除存在于轧辊上的冰，防止轧辊结冰影响轧制。进一步地，所述防结冰装置为一端固定在低温轧制箱体上，另一端邻近上轧辊或下轧辊的挡板，所述挡板邻近上轧辊或下轧辊的一端与上轧辊或下轧辊轴向平行。进一步地，所述管路为双层不锈钢管路，所述双层不锈钢之间填充保温棉。本专利技术的另一个目的还公开了一种采用上述设备制备析出强化型高强高导CuZr合金的方法，包括以下步骤：(1)、熔炼：将电解铜置于熔炼炉内，升温至1200～1280℃，保温8～15min，加入Cu-Zr中间合金，保温8～15min，待降温至1000～1100℃将Cu-Zr合金浇注到经过预热的钢铸模中；(2)、均匀化处理：将浇注有Cu-Zr合金的钢铸模置于氩气保护的箱式热处理炉中，在850～920℃下保温4～8小时，随炉冷却至室温；(3)、热轧：用铣床铣光Cu-Zr合金表面的氧化膜和夹杂后，在820～900℃下保温1～2小时后热轧，热轧至18～25mm厚，优选为20mm；(4)、固溶处理：将Cu-Zr合金置于氩气保护的箱式热处理炉中，在950～980℃下保温1～3小时，后迅速用冷水淬火；(5)、轧辊预冷处理：使上轧辊和下轧辊先低速空转，滑动两个滑动挡板使材料进口和材料出口关闭，打开温度传感器，打开各处管阀，启动蠕动泵，调节液氮流量500-1000ml/min，最佳800ml/min，使低温轧制箱体内温度达到-150～-180℃时，关闭蠕动泵，关闭各处管阀，滑动两个滑动挡板使材料进口和材料出口打开；(6)、低温轧制：用铣床铣光Cu-Zr合金表面氧化膜缺陷后，将Cu-Zr合金厚度加工至16～19mm，在Cu-Zr合金表面包裹一层0.1～0.3mm厚的铜皮，铜皮采用电烙铁焊上，在液氮中浸泡25～40min使Cu-Zr合金温度充分达到液氮温度(77K)，然后迅速置于制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备中轧制，直至厚度为1～2mm，优选为1.5mm，获得析出强化型高强高导CuZr合金。所述在Cu-Zr合金表面包裹一层铜皮为采用电烙铁在Cu-Zr合金表面焊上一层铜皮。(7)、时效处理：时效工艺为350～400℃，90～120min。进一步地，本专利技术所采用的电解铜和CuZr中间合金在使用前均需进行预处理：首先采用铜氧化皮清洗剂清洗，洗除表面氧化物及杂质；然后用无水乙醇在超声波清洗机内清洗表面，在鼓风干燥箱中80～150℃下烘干1～2h备用。进一步地，步骤(1)中电解铜与Cu-Zr中间合金的物料比为160～170:1，优选为163:1；所述电解铜纯度≥99.97％；所述Cu-Zr中间合金中Zr所占的质量百分数为45～55％。进一步地，步骤(1)中采用的熔炼炉为真空中频感应熔炼炉。进一步地，步骤(1)中所述预热的钢铸模温度为300～350℃。所述钢铸模为方型钢铸模，可以理解本专利技术还可采用其他形状铸模，但方型铸模经济性最佳，因采用其他铸模铸造后，还需要将材料加工成方型。进一步地，步骤(3)中热轧为：每道次下压2～3mm，直至轧制20mm厚为止，每道次轧制后需保温7～15min。进一步地，步骤(4)中的淬火为冷水淬火。进一步地，步骤(6)中迅速轧制的每道次下压1mm，每道次结束后立即将Cu-Zr合金放入液氮中，保温8～10min后开始下一道次轧制。进一步地，步骤(6)后，对析出强化型高强高导CuZr合金进行时效处理，时效处理条件为：温度350-400℃，时间为90-120min。本专利技术采用低温轧制工艺，将CuZr合金浸泡在液氮中轧制，能有效抑制位错的运动及动态回复，从而大幅度细化晶粒，在CuZr合金中储存大量机械能以促进后续的时效过程并且促进后续时效析出的过程。通过改善轧制工艺本专利技术制备得到具有更优异强度和导电性的析出强化型铜锆合金。以Cu-0.3％(质量分数)Zr合金为例，经检测其最优综合性能为：抗拉强度602Mpa、电导率81.4％IACS，与传统热机械处理工艺相比，抗拉强度提升12.5％，而电导率仅下降3％IACS。最高机械性能时的抗拉强度634Mpa、电导率74.6％IACS，与传统热机械处理工艺相比抗拉强度提升13.4％，而电导率仅下降3％IACS。本专利技术满足了实际工业应用中不同产品对机械性能和导电性能的需求，获得了比传统制备方法更加优异的性能。本专利技术还提供了一种析出强化型高强高导CuZr合金，采用上述设备制备而成。本专利技术公开了一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其结构简单、合理、紧凑，与现有技术相比较具有以下优点：(1)本设备能有效控制轧制温度至-150～-180℃，此温度能有效抑制轧制过程中位错的回复；(2)本设备能实现大规模连续生产制备超细晶产品(析出强化型高强高导CuZr合金)；(3)采用本设备制备的产品力学性能优于传统室温轧制，制备的高强高导铜合金综合性能更佳。附图说明图1为制备析出强化型高强高导CuZr合金的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，包括低温轧制箱体、液氮罐和温度传感器，所述低温轧制箱体内配合的设置有上轧辊和下轧辊；所述低温轧制箱体侧壁上设置有与上轧辊、下轧辊配合的材料进口和材料出口，所述材料进口和材料出口分别设置有滑动挡板，通过滑动所述滑动挡板能实现材料进口和材料出口开启和关闭；所述低温轧制箱体内壁上设置有多个喷头，所述喷头通过管路与液氮罐连通，所述喷头与液氮罐之间的管路上设置有蠕动泵；所述温度传感器设置在低温轧制箱体侧壁上。

【技术特征摘要】
1.一种制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，包括低温轧制箱体、液氮罐和温度传感器，所述低温轧制箱体内配合的设置有上轧辊和下轧辊；所述低温轧制箱体侧壁上设置有与上轧辊、下轧辊配合的材料进口和材料出口，所述材料进口和材料出口分别设置有滑动挡板，通过滑动所述滑动挡板能实现材料进口和材料出口开启和关闭；所述低温轧制箱体内壁上设置有多个喷头，所述喷头通过管路与液氮罐连通，所述喷头与液氮罐之间的管路上设置有蠕动泵；所述温度传感器设置在低温轧制箱体侧壁上。2.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述低温轧制箱体为双层不锈钢箱体，双层不锈钢之间填充有保温棉。3.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述温度传感器的探头设置在低温轧制箱体内壁上，所述温度传感器的温度显示面板固定在低温轧制箱体外壁上。4.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述喷头为4-6个。5.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述低温轧制箱体底端设置有回流液收集凹槽，所述凹槽底端通过管路与液氮罐连接，所述管路上设置有管阀。6.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述上轧辊和下轧辊附近分别设置有防结冰装置。7.根据权利要求6所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述防结冰装置为一端固定在低温轧制箱体上，另一端邻近上轧辊或下轧辊的挡板，所述挡板邻近上轧辊或下轧辊的一端与上轧辊或下轧辊轴向平行。8.根据权利要求1所述制备析出强化型高强高导CuZr合金的设备，其特征在于，所述管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷举，王同敏，李仁庚，康慧君，陈宗宁，接金川，曹志强，卢一平，张宇博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21