新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金制造技术

本发明专利技术公开了新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu‑Ca‑Nb铜合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:1.0‑3.5wt.%,Nb:0.5‑1.8wt.%,Se:0.5‑1.4wt.%,Mn：0.5‑2.0wt.%，In:3.0‑4.0wt.%,Pr:0.5‑0.8wt.%,余量为铜。该铜钙合金具有优异的压铸性能，并具有优异的耐氧化性能。开发高品质压铸用铜合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。

【技术实现步骤摘要】
新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种铜钙合金。
技术介绍
铜是人类最早发现和应用的金属之一，因其具有良好的导电性、导热性、延展性、耐腐蚀性、耐磨损性而被广泛应用于电力、电子、通讯、化工、机械、交通运输、军工等重要领域。铜作为用途较为广泛的有色金属之一，可以与锌、镍、锡等多种金属形成合金。由于铜具有许多优异性能，成为现代工业、农业、国防和科学技术中重要性和消费量仅次于钢铁的不可缺少的金属。在电子工业，铜合金的应用是极其广泛的。1）．印刷电路。对于那些需要精细布置电路的场合，如无线电、电视机，计算机等，需要消费大量的铜箔。此外，在电路的连接中还需用各种价格低廉、熔点低、流动性好的铜基钎焊材料。2）．集成电路。国际著名的计算机公司IBM，己采用铜代替硅芯片中的铝作互连线。可以获得30%的效能增益，电路的线尺寸可以减小到0.12微米，可使在单个芯片上集成的晶体管数目达到200万个。3）．引线框架。框架材料占集成电路总成本的1/3-l/4，而且用量很大。铜合金价格低廉，有高的强度、导电性和导热性，加工性能、针焊性和耐蚀性优良，通过合金化能在很大范围内控制其性能，能够较好地满足引线框架的性能要求，己成为引线框架的一个重要材料。在轻工业，铜合金的应用也是是极其广泛的。1）．空调器和冷冻机．利用铜合金的良好加工性能，开发和生产出带有内槽和高翅片的散热管，用于制造空调器、冷冻机、化工及余热口收等装置中的热交换器，可使新型热交换器的总热传导系数提高到用普通管的2-3倍，并使热交换器体积缩小1/3以上。2）．钟表．生产的钟表，计时器和有钟表机构的装置，其中大部分的工作部件都用钟表黄铜制造。有良好加工性能，适合于大规模生产。在航天领域，航天技术、火箭、卫星和航天飞机中，除了微电子控制系统和仪器、仪表设备以外，许多关键性的部件也要用到铜和铜合金。例如：火箭发动机的燃烧室和推力室的内村。此外，铜合金也是卫星结构中承载构件用的标准材料。卫星上的太阳翼板通常是由铜与其它几个元素的合金制成的。现阶段国内铜合金领域存在着一些问题，行业整体发展大而不强，还不具备和世界同行业发达国家抗衡的能力，普通产品产能过剩，高端产品依赖进口。工业规模达到世界较大，整体装备和部分技术接近或达到国际先进水平，整体装备工艺技术整体落后，生产效率低，资源能源消耗大。铜合金开发领域落后，不仅仅是铜加工的基础问题，还和行业上下游息息相关，整体工业落后使得我们的合金体系序列开发产生影响。虽然我国铜合金压铸工业具有很大的资源优势，但目前绝大多数的铜合金压铸企业，均采用传统的压铸用铜合金。这类传统材料的压铸工艺很大程度上通过大量的、长周期的反复试验修改才能最终实现工艺目标。故在铸型开发周期、铸型设计质量及其所实现的工艺质量等方面较难保证，使得企业亦无法在竞争激烈的市场中获得更大的突破。开发高品质压铸用铜合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。对传统铸造用铜合金进行底层性质的创新和优化，对铜合金压铸工艺甚至整个压铸行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。国外己经开发的压铸用新型铜合金铸造性能和耐氧化性能还不能令人满意。开发具备适合压铸材料用高导电铜合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铜基复合材料。Ca和Nb作为合金化元素加入铜合金中可以大大提高铜合金的铸造性能和耐氧化性能。随着我国工业的快速发展，开发压铸用新型铜合金已成为必然。铜钙合金最大的特点是在冶炼过程中因为铜钙合金熔体容易氧化燃烧，生成疏松的氧化膜和氮化膜。这种不致密的熔体表面化合物膜不能阻止氧气和氮气向熔体表面的扩散，导致了铜钙合金熔体在熔炼过程中的不断氧化和消耗。因此，目前在铜钙合金的冶炼中一般采用氩气保护的方法来进行合金制备，而且冶炼温度在1200度左右。在如此高的温度下，钙由于蒸气压过大导致在冶炼过程中挥发过度，最后合金中剩余的钙含量过低。一般而言，采用氩气保护的方法熔炼的铜钙合金，最终钙的收得率只有20-50wt.%左右。而且该方法不同程度地存在着铸件易产生熔剂夹杂、设备复杂及生产成本高等缺点。因此使铜钙合金的研制、开发与应用受到了限制。在急需大规模使用铜钙合金的工业和国防领域，一直存在着现有产量少，工艺繁琐，成本高等急需克服的现状。寻求更好的冶炼方法成为铜钙合金应用研究和产业化中的关键问题之一。通过合金化的方法达到防止在冶炼过程中铜钙合金熔体的氧化，是解决铜钙合金冶炼问题的发展方向之一。合金化阻燃和防止钙在熔炼过程中挥发的机理是在合金中添加合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程。在合金表面形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的。与氩气保护相比，合金化阻燃可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在1100-1200度大气条件下进行熔炼的新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品不仅具备优异的压铸性能,其耐氧化性能也远远高于现有的铜合金。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:1.0-3.5wt.%,Nb:0.5-1.8wt.%，Se:0.5-1.4wt.%,Mn：0.5-2.0wt.%，In:3.0-4.0wt.%,Pr:0.5-0.8wt.%,余量为铜。该铜钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。上述新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1100-1200度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在1100-1200度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为5-8m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铜钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理620度，2.8小时；真空时效处理350度，1.5小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术专利针对目前用于压铸用铜合金的冷室压铸性能和耐氧化性能不好的状态提供了一种新颖的材料学解决方案。该合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在1100-1200度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。且该铜钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。（2）现有的压铸用铜合金虽然易于压铸，但对于厚度小于2mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求。本专利技术提供的压铸铜合金，不仅显著提高了铜制品的压铸成品率，而且能成功地压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu‑Ca‑Nb铜合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca: 1.0‑3.5wt.%,Nb:0.5‑1.8wt.%,Se:0.5‑1.4wt.%,Mn：0.5‑2.0wt.%，In:3.0‑4.0wt.%, Pr:0.5‑0.8wt.%,余量为铜。

【技术特征摘要】
1.一种新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:1.0-3.5wt.%,Nb:0.5-1.8wt.%,Se:0.5-1.4wt.%,Mn：0.5-2.0wt.%，In:3.0-4.0wt.%,Pr:0.5-0.8wt.%,余量为铜。2.根据权利要求1所述新型冷室压铸用高强度耐氧化Cu-Ca-Nb铜合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到1100-12...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44