一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu‑Cr‑Nb合金的制备方法,具体为：将Cr‑Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到Cu‑Cr‑Nb合金锭；将Cu‑Cr‑Nb合金锭放入热处理炉中进行固溶、时效热处理，经机械加工，得到Cu‑Cr‑Nb合金成品。本发明专利技术将Nb元素引入Cu‑Cr合金中，可以显著提高Cu‑Cr合金的性能。一方面，Nb元素在凝固过程中产生成分过冷，可以细化合金组织，起到细晶强化的作用；另一方面，在时效过程中析出Cr相和Laves相Cr2Nb，形成双相强化Cu合金，可大幅度提高合金的导电率、硬度和热稳定性。

A preparation method of Cu Cr Nb alloy

The invention discloses a method for preparing a Cu Cr Nb alloy specifically: Cr Nb intermediate alloy, Cr particle and Cu block is placed in the crucible, melting in induction furnace with argon protection, Cu Cr Nb alloy ingot; Cu Cr Nb alloy ingots are placed in a heat treatment furnace of solution and aging heat treatment, machining, Cu Cr Nb alloy. The Nb Cu elements into Cr alloy, can significantly improve the performance of Cu Cr alloy. On the one hand, Nb elements in the process of solidification undercooling, can refine the structure of alloys, the fine grain strengthening effect; on the other hand, in the process of ageing precipitation of Cr phase and Laves phase of Cr2Nb, the formation of dual phase reinforced Cu alloy, can greatly improve the conductivity, hardness and thermal stability.

【技术实现步骤摘要】
一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法
本专利技术属于铜合金制备
，涉及一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法。
技术介绍
Cu-Cr合金是一种具有良好的导电、导热性和较高强度的铜合金，广泛应用于集成电路引线框架材料、电气化铁路接触线、触头材料、连铸结晶器等领域。随着现代电力工业的快速发展，对Cu-Cr合金的性能提出了更高的要求。高速化和重载化要求电气化铁路接触线具有高强度、高导电性能的同时，也能够具有较高的软化温度，以承受大电流、高速接触摩擦等原因引起的局部过热，避免接触线软化而降低其使用性能。引线框架作为芯片的机械支撑和导电载体，在封装过程需承受短时高温，在运行过程中会由于发热量大而造成引线框架材料机械性能下降。因此，对铜合金提出更加严格的要求，不仅要求其机械性能好，而且导电性能和抗软化性能也必须处在一个较高的水平。Cu-Cr合金强度的提高主要依赖于Cr相的析出，对铜合金性能的提升十分有限，尤其是高温稳定性。根据Cu-Cr、Cu-Nb相图可以发现，Cr、Nb元素在铜中固溶度对温度非常敏感，具有典型的沉淀强化效应。Cu-Cr-Nb合金将是一种以Cr相和Cr2Nb相双相强化的弥散强化铜合金。其中Laves相Cr2Nb具有高熔点、低密度、优良的抗蠕变能力等优点，使得合金在高温下具有优异的微观结构稳定性，解决了Cu-Cr合金高温稳定性较差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，用以在保证导电率的基础上获得具有较高强度、热稳定性的铜合金。本专利技术所采用的技术方案是，一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，将Cr-Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到Cu-Cr-Nb合金锭；步骤2，将步骤1中得到的Cu-Cr-Nb合金锭放入热处理炉中进行固溶、时效热处理，经机械加工，得到Cu-Cr-Nb合金成品。本专利技术的特点还在于，步骤1中Cr-Nb中间合金中Nb含量为15～75wt％，余量为Cr。Cr-Nb中间合金通过将打磨干净的Cr块、Nb块在真空电弧熔炼炉中熔炼得到。熔炼时按照Nb块在上、Cr粒在下的顺序放置原材料，熔炼过程中控制电流在250～350安培，反复熔炼3～5次，每次1.5～2min。步骤1中熔炼过程中控制真空感应炉抽真空在4×10-3Pa以上，首先将合金加热至1050～1150℃，保温3～5min；再升温至1350～1500℃，保温18～30min；最后随炉冷却。步骤2中固溶处理温度为850～1000℃，保温时间为0.5～2h，水淬。步骤2中时效温度为400～560℃，保温时间为3～5h。步骤2制得的Cu-Cr-Nb合金中，按照质量百分比：Cr0.5％～1.2％，Nb0.1～0.5％，余量为Cu，以上质量百分比之和为100％。本专利技术的有益效果是，本专利技术通过向Cu-Cr合金中引入微量元素Nb，获得组织均匀、晶粒细小的铜合金。经过固溶、时效热处理后生成弥散的耐高温相Cr2Nb，与Cr相协同强化铜基体，进一步提高Cu-Cr合金性能，获得高强度、高导电性、热稳定性好的铜合金。附图说明图1是本专利技术制备方法的工艺流程图；图2是本专利技术制备的Cr-Nb中间合金SEM照片；图3是Cu-Cr、Cu-Cr-Nb合金组织对比照片；图4是本专利技术制备的Cu-Cr-Nb合金组织照片及能谱分析结果；图5为本专利技术制备的Cu-Cr-Nb合金与Cu-Cr合金时效态的性能对比图。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Cu-Cr-Nb合金的制备方法，其流程如图1所示，具体按以下步骤实施：步骤1，Cr-Nb中间合金的制备将打磨干净的Cr块、Nb块由下至上依次放入真空电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气，熔炼过程中应控制电流在250～350A，反复熔炼3～5次，每次1.5～2min，得到Cr-(15～75)％Nb中间合金。步骤2，Cu-Cr-Nb合金的制备按照Cu-Cr-Nb合金中Cr含量为0.5～1.2％，Nb含量为0.1～0.5％，其余为Cu(含量指质量百分比)，的要求将Cr-Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在适当的坩埚中，将真空感应炉抽真空到4×10-3Pa以上，充入少量氩气，开始熔炼。首先将合金加热至1050～1150℃，保温3～5min；再升温至1350～1500℃，保温18～30min；最后随炉冷却。步骤3，Cu-Cr-Nb合金的热处理将步骤2中得到的Cu-Cr-Nb合金放入热处理炉中进行固溶、时效热处理。固溶处理温度为850～1000℃，保温时间为0.5～2h，水淬；时效温度为400～560℃，保温时间为3～5h。经机加工，得到Cu-Cr-Nb合金制品。本专利技术将Nb元素引入Cu-Cr合金中，可以显著提高Cu-Cr合金的性能。一方面，Nb元素在凝固过程中产生成分过冷，可以细化合金组织，起到细晶强化的作用；另一方面，在时效过程中析出Cr相和Laves相Cr2Nb，形成双相强化Cu合金，可大幅度提高合金的导电率、硬度和热稳定性。实施例1将打磨干净的Cr块、Nb块由下至上依次放入真空电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气，熔炼过程中应控制电流在250安培，反复熔炼3次，每次2min，得到Cr-25％Nb中间合金。制备目标成分为Cu-1.0Cr-0.3Nb的合金，将计算称量好的Cu-25％Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在石墨坩埚中，抽真空到4×10-3Pa以上，充入少量Ar气，开始熔炼。首先将合金加热至1100℃，保温3min，再升温至1350℃，保温25min，随炉冷却。将Cu-Cr-Nb合金放入热处理炉中进行固溶、时效热处理。固溶处理温度为880℃，保温1h，水淬；时效温度为450℃，保温4小时，经机械加工，得到Cu-Cr-Nb合金制品。实施例2将打磨干净的Cr块、Nb块由下至上依次放入真空电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气，熔炼过程中应控制电流在300安培，反复熔炼4次，每次1.5min，得到Cr-15％Nb中间合金。制备目标成分为Cu-0.5Cr-0.1Nb的合金，将计算称量好的Cu-15％Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在刚玉坩埚中，抽真空到4×10-3Pa以上，充入少量Ar气，开始熔炼。首先将合金加热至1130℃，保温3min，再升温至1380℃，保温28min，随炉冷却。将Cu-Cr-Nb合金放入热处理炉中进行固溶、时效热处理。固溶处理温度为950℃，保温2h，水淬；时效温度为400℃，保温5小时，经机械加工，得到Cu-Cr-Nb合金制品。实施例3将打磨干净的Cr块、Nb块由下至上依次放入真空电弧熔炼炉中，先抽真空到1×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气，熔炼过程中应控制电流在350安培，反复熔炼3次，每次2min，得到Cr-75％Nb中间合金。制备目标成分为Cu-1.2Cr-0.4Nb的合金，将计算称量好的Cu-75％Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在石墨坩埚中，抽真空到4×10-3Pa以上，充入少量Ar气，开始熔炼。首先将合金加热至1080℃，保温4min，再升温至1450℃，保温30min，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu‑Cr‑Nb合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，将Cr‑Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到Cu‑Cr‑Nb合金锭；步骤2，将步骤1中得到的Cu‑Cr‑Nb合金锭放入热处理炉中进行固溶、时效热处理，经机械加工，得到Cu‑Cr‑Nb合金成品。

【技术特征摘要】
1.一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，将Cr-Nb中间合金、Cr粒和Cu块放置在坩埚中，在有氩气保护的感应熔炼炉中进行熔炼，得到Cu-Cr-Nb合金锭；步骤2，将步骤1中得到的Cu-Cr-Nb合金锭放入热处理炉中进行固溶、时效热处理，经机械加工，得到Cu-Cr-Nb合金成品。2.根据权利要求1所述的一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中Cr-Nb中间合金中Nb含量为15～75wt％，余量为Cr。3.根据权利要求1或2所述的一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，其特征在于，所述Cr-Nb中间合金通过将打磨干净的Cr块、Nb块在真空电弧熔炼炉中熔炼得到。4.根据权利要求3所述的一种Cu-Cr-Nb合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼时按照Nb块在上、Cr粒在下的顺序放置原材料，熔炼过程中控制电流在250～350安培，反复熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，杨柳，肖鹏，姜伊辉，邹军涛，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