采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用Cu‑La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法,具体为：将Cu‑Zr中间合金、Cu‑La中间合金和Cr粒放入圆柱形铜块的盲孔中；然后将铜块放入电弧熔炼炉中，进行熔炼，得到Cu‑Cr‑Zr‑La合金锭；最后将Cu‑Cr‑Zr‑La合金锭放入热处理炉中进行时效处理，即得到Cu‑Cr‑Zr‑La合金成品。本发明专利技术将稀土元素以中间合金的形式加入，有利于避免稀土的氧化，减少稀土元素的烧损，同时提高组织的均匀性。将铬、铜锆中间合金、稀土中间合金放置在提前预制好的铜块的盲孔中，保证了较高熔点的金属可以率先熔化。此外，采用本发明专利技术方法制备的稀土铜合金，无需进行固溶处理，节约了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金制备
，涉及一种采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法。
技术介绍
Cu-Cr-Zr合金是一种高性能的时效强化型铜合金，由于其具有高强度、良好的导电导热等性能，被广泛应用于集成电路引线框架、电阻焊电极、热交换材料及电气化高速铁路用接触材料等诸多领域。随着现代电力工业的快速发展，对铜合金的性能提出了更高的要求。如何保证在导电率允许降低的范围内，最大程度地提高铜合金的强度成为了铜合金研究开发的关键。在冶金工业中，稀土元素资源丰富，被称为金属材料的“维生素”，向金属材料中添加微量的稀土，能明显改善其冶金质量及力学性能。研究表明，铜合金中添加适量的稀土元素，可以净化铜的基体和晶界，提高铜合金导电率；同时还能细化合金组织，使其力学性能得到改善。由于稀土元素化学活性高，再加上其密度比Cu小，在合金熔炼单质稀土直接加入会上浮造成很大的烧损，并给铸锭带来大量气孔、疏松等缺陷，难以熔入铜基体中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，解决了传统制备过程中出现的稀土元素大量烧损及铸造缺陷，以及合金组织、成分不均匀的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，具体按以下步骤实施：步骤1，原料准备：按照Cu-Cr-Zr-La合金中元素含量的要求，分别称取Cu-La中间合金、Cr粒、Cu-Zr中间合金和纯铜块，清洗、烘干，纯铜块为含有盲孔的圆柱状块体，将Cu-Zr、Cu-La中间合金和Cr粒放入圆柱形铜块体的盲孔中；步骤2，电弧熔炼制备Cu-Cr-Zr-La合金铸锭：将步骤1中填充好的铜块放入电弧熔炼炉中，进行熔炼，得到Cu-Cr-Zr-La合金锭；步骤3，Cu-Cr-Zr-La合金锭热处理：将步骤2中得到的Cu-Cr-Zr-La合金锭放入热处理炉中进行时效处理，取出，机加工，即得到Cu-Cr-Zr-La合金成品。本专利技术的特点还在于，步骤1中Cu-La中间合金中La的含量为10～30wt.％。步骤1中Cu-La中间合金按照以下步骤制的：称取铜块和镧块，并分别放入装有酒精和丙酮的超声波振荡器中清洗10～20min，烘干；然后将铜块和镧块放入电弧熔炼炉中，抽真空到1×10-3Pa以上，通氩气作为保护气体，控制熔炼电流在100～150安培，反复熔炼3～4次，得到Cu-La中间合金。步骤1中Cr粒直径为2～3mm，纯度大于99.99％。步骤1中Cu-Zr中间合金中Zr的含量为40wt.％。步骤2中熔炼具体为：将电弧熔炼炉抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气体，反复熔炼5～6次，每次熔炼1.5～2min。步骤3中时效温度为400～550℃，保温时间为2～5小时。步骤3得到的Cu-Cr-Zr-La合金中Cr含量在0.7wt.％～3wt.％，Zr含量为0.15wt.％，La含量在0.05wt.％～0.1wt.％，余量为Cu，以上组分含量之和为100％。本专利技术的有益效果是，将稀土元素以中间合金的形式加入，有利于避免稀土的氧化，减少稀土元素的烧损。同时从宏观上减少了气孔、疏松缩孔等缺陷，微观上降低了合金组织中成分偏析，提高了组织的均匀性。将铬、铜锆中间合金、稀土中间合金放置在提前预制好的铜块的盲孔中，保证了较高熔点的金属可以率先熔化。采用中间合金，首先能保证La在Cu-La合金中的均匀性，继而保证在Cu-Cr-Zr-La合金中的组织均匀性。此外采用本专利技术方法制备的稀土铜合金，无需进行固溶处理，节约了生产成本，制备的Cu-Cr-Zr-La合金在时效处理后硬度和导电率分别可达141.3HBW和78.6％IACS。可见采用Cu-La中间合金制备稀土铜合金可以减少稀土元素的烧损，获得组织均匀，性能优异的合金，这一方法具有现实意义。附图说明图1是本专利技术方法的工艺流程图；图2是本专利技术制备的Cu-La中间合金的金相照片；图3是传统Cu-Cr-Zr合金的SEM照片；图4是本专利技术制备的Cu-Cr-Zr-La合金的SEM照片；图5本专利技术制备的Cu-Cr-Zr-La合金能谱分析图。具体实施方式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。本专利技术提供了一种采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，其流程如图1所示，具体按以下步骤实施：步骤1，称量并清洗Cu、La块按照所需制备Cu-La中间合金(La的含量为10～30wt.％)中Cu和La的含量要求，称取铜块和镧块。将铜块和镧块(从煤油中取出并用丙酮清洗干净)分别放入装有酒精和丙酮的超声波振荡器中清洗10～20min，最后放入真空干燥箱中烘干备用。步骤2，制备Cu-La中间合金将步骤1中准备好的铜块和镧块放入电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气体，控制熔炼电流在100～150安培，反复熔炼3～4次，得到Cu-La中间合金。步骤3，称量并清洗原材料将步骤2制得的Cu-La中间合金、纯铬(铬粒大小为2～3mm，纯度大于99.99％)、Cu-40％Zr中间合金和纯铜块(采用含有盲孔的圆柱状块体)用装有酒精的超声波振荡器清洗20～25min，称量所需的原材料的质量。并将Cu-Zr、Cu-La中间合金和Cr粒放入圆柱形铜块体的盲孔中。步骤4，电弧熔炼Cu-Cr-Zr-La合金将步骤3中的原材料放入电弧熔炼炉中，抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气体，反复熔炼5～6次，每次熔炼1.5～2min，随后关闭电弧熔炼炉，取出快速熔铸好的合金锭。步骤5，Cu-Cr-Zr-La合金的热处理将步骤4中制备的合金锭放入热处理炉中进行时效处理，时效温度为400～550℃并保温2～5小时后随炉冷却。最后取出合金锭进行机加工成成品。制得的Cu-Cr-Zr-La合金中Cr含量在0.7wt.％～3wt.％，Zr含量为0.15wt.％，La含量在0.05wt.％～0.1wt.％，余量为Cu，以上组分含量之和为100％。将稀土元素以中间合金的形式加入，有利于避免稀土的氧化，减少稀土元素的烧损。同时从宏观上减少了气孔、疏松缩孔等缺陷，微观上降低了合金组织中成分偏析，提高了组织的均匀性。将铬、铜锆中间合金、稀土中间合金放置在提前预制好的铜块的盲孔中，保证了较高熔点的金属可以率先熔化。采用中间合金，首先能保证La在Cu-La合金中的均匀性，继而保证在Cu-Cr-Zr-La合金中的组织均匀性。实施例1制备目标成分为Cu-0.7Cr-0.15Zr-0.05La的合金锭。步骤1，称量并清洗Cu、La块以纯铜和镧块为原料，制备Cu-10％La中间合金。将铜块和镧块先后放入装有丙酮和酒精的超声波振荡器中清洗10min，最后放入真空干燥箱中烘干备用。计算并称取相应质量的La块和Cu块。步骤2，制备Cu-10％La中间合金将步骤1中准备好的Cu块和镧块放入电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa，然后通氩气作为保护气体。为减少稀土元素的烧损，将熔炼电流控制在100安培，待合金充分混合后将合金块翻转再次熔炼，如此反复熔炼3次，得到Cu-10％La中间合金。步骤3，称量并清洗原材料将Cr粒、Cu-40％Zr中间合金、纯铜(采用含有盲孔的圆柱状块体)和步骤2制得的Cu-10％La中间合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用Cu‑La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，原料准备：按照Cu‑Cr‑Zr‑La合金中元素含量的要求，分别称取Cu‑La中间合金、Cr粒、Cu‑Zr中间合金和纯铜块，清洗、烘干，纯铜块为含有盲孔的圆柱状块体，将Cu‑Zr、Cu‑La中间合金和Cr粒放入圆柱形铜块体的盲孔中；步骤2，电弧熔炼制备Cu‑Cr‑Zr‑La合金铸锭：将步骤1中填充好的铜块放入电弧熔炼炉中，进行熔炼，得到Cu‑Cr‑Zr‑La合金锭；步骤3，Cu‑Cr‑Zr‑La合金锭热处理：将步骤2中得到的Cu‑Cr‑Zr‑La合金锭放入热处理炉中进行时效处理，取出，机加工，即得到Cu‑Cr‑Zr‑La合金成品。

【技术特征摘要】
1.采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，原料准备：按照Cu-Cr-Zr-La合金中元素含量的要求，分别称取Cu-La中间合金、Cr粒、Cu-Zr中间合金和纯铜块，清洗、烘干，纯铜块为含有盲孔的圆柱状块体，将Cu-Zr、Cu-La中间合金和Cr粒放入圆柱形铜块体的盲孔中；步骤2，电弧熔炼制备Cu-Cr-Zr-La合金铸锭：将步骤1中填充好的铜块放入电弧熔炼炉中，进行熔炼，得到Cu-Cr-Zr-La合金锭；步骤3，Cu-Cr-Zr-La合金锭热处理：将步骤2中得到的Cu-Cr-Zr-La合金锭放入热处理炉中进行时效处理，取出，机加工，即得到Cu-Cr-Zr-La合金成品。2.根据权利要求1所述的采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，其特征在于，所述步骤1中Cu-La中间合金中La的含量为10～30wt.％。3.根据权利要求1所述的采用Cu-La中间合金制备含稀土铜铬锆合金的方法，其特征在于，所述步骤1中Cu-La中间合金按照以下步骤制的：称取铜块和镧块，并分别放入装有酒精和丙酮的超声波振荡器中清洗10～20min，烘干；然后将铜块和镧块放入电弧熔炼炉中，抽真空到1×10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，杨柳，李雪健，肖鹏，梁淑华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61