具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有弥散型复合凝固组织的Cu‑Cr电触头合金的凝固制备方法，属于Cu‑Cr电触头合金材制备技术领域。采用向Cu‑Cr合金添加Cr3C2形核剂颗粒，当熔体冷却过程中发生液‑液相变时，形核剂颗粒可作为富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu‑Cr合金复合凝固组织的形成。本发明专利技术可用于制备高质量Cu‑Cr电触头合金材料。

Solidification process for Cu-Cr electrical contact alloy with dispersive composite solidification structure

The invention discloses a solidification preparation method of Cu_Cr electric contact alloy with dispersive composite solidification structure, belonging to the technical field of preparing Cu_Cr electric contact alloy materials. By adding Cr3C2 nucleating agent particles to Cu_Cr alloy, the nucleating agent particles can be used as the nucleation substrate of Cr-rich phase droplets when liquid phase transition occurs during melt cooling, thus greatly improving the nucleation rate of Cr-rich phase droplets and promoting the formation of dispersive Cu_Cr alloy composite solidification structure. The invention can be used for preparing high quality Cu Cr electric contact alloy material.

【技术实现步骤摘要】
具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法
本专利技术涉及Cu-Cr电触头合金材制备
，具体涉及一种具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法。
技术介绍
Cu-Cr合金是一种重要的电触头材料。该材料要求富Cr相以粒子形式弥散分布于Cu基体中。Cu-Cr合金相图如图1所示，存在亚稳液态组元不混溶温度区间(见图1中虚线)。当均一的合金熔体冷却到亚稳液态组元不混溶温度区内时，将发生液-液相变，富Cr相液滴自熔体中沉淀析出。由于两液相间的比重差很大，液-液相变期间极易形成相偏析严重乃至两相分层的现象，因此，制备具有弥散型凝固组织的Cu-Cr电触头合金极为困难，采用传统铸造法很难得到组织均匀的合金材料，这限制了工业上用铸造技术制备Cu-Cr电触头合金。采取适当的措施，提高弥散相液滴的形核率，从而减小弥散相液滴的尺寸及迁移速度，减缓相偏析的形成速度，是制备Cu-Cr电触头合金的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法。通过向Cu-Cr合金中添加微纳米尺寸Cr3C2颗粒作为形核剂，在Cu-Cr合金发生液-液相变过程中，Cr3C2颗粒可作为富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu-Cr合金复合凝固组织的形成。本专利技术的技术方案是：一种具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，该方法采用铸造技术，首先熔炼Cu-Cr合金原料，向所得Cu-Cr合金熔体中添加微纳米尺寸的Cr3C2颗粒作为形核剂，然后将熔体浇铸于金属模或石墨模中快速冷却。当含有Cr3C2颗粒的Cu-Cr合金熔体冷却过程中发生液-液相变时，Cr3C2颗粒作为富Cr相液滴的形核基底，提高富Cr相液滴的形核率，促进合金凝固形成具有弥散型复合凝固组织的Cu-Cr电触头合金。所述Cr3C2颗粒的尺寸(颗粒直径)为0.01～20微米。所述Cr3C2颗粒的加入量为Cu-Cr合金重量的0.005～0.1wt％。所述Cu-Cr合金原料中，Cr元素含量为10～50wt％。所述Cu-Cr合金原料的熔炼温度为Tc，满足Tb+100℃<Tc<1650℃，其中Tb为Cu-Cr电触头合金的平衡液-液相变温度。所述Cu-Cr合金的浇注温度高于Tb，所述Cr3C2颗粒以炉料形式加入。所制备的Cu-Cr电触头合金中，Cr以粒子形式弥散分布于Cu基体中。本专利技术的原理如下：本专利技术通过向Cu-Cr合金添加微纳米尺寸Cr3C2颗粒。这些颗粒可作为Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu-Cr合金凝织组织的获得。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用异质形核技术，控制Cu-Cr合金的凝固动力学，获得Cr以粒子形式弥散分布于Cu基体的Cu-Cr合金复合材料，满足工业需求。2、本专利技术尤其适合于冷却速度较快的铸造技术，如：金属型、石墨型铸造等。附图说明图1为Cu-Cr合金示意相图。图2为Cr3C2颗粒形貌。图3为Cu-10wt％Cr和Cu-10wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金试样的显微组织，其中：(a)未添加Cr3C2颗粒；(b)添加了0.01wt％Cr3C2。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。图4为Cu-20wt％Cr和Cu-20wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金试样的显微组织，其中：(a)未添加Cr3C2；(b)添加了0.1wt％Cr3C2。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。Cu-Cr合金凝固时极易形成偏析严重乃至两相分层的凝固组织，制备极为困难。本专利技术研究了Cr3C2颗粒对Cu-Cr合金凝固行为及组织的影响，发现微纳米尺寸Cr3C2颗粒能显著提高Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的异质形核率、细化凝固组织、促进弥散型凝固组织的获得。据此，本专利技术通过向Cu-Cr合金添加微纳米尺寸Cr3C2颗粒，制备弥散型Cu-Cr合金复合材料。图2所示为Cr3C2颗粒形貌图。用此方法制备的Cu-Cr合金组织如图3、图4所示。实施例1如图3所示，使用铜模铸造Cu-10wt％Cr合金和Cu-10wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加Cr3C2颗粒的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加Cr3C2颗粒的合金试样中富Cr相以弥散粒子形式存在，分布均匀。其制备过程如下：用电弧炉熔炼Cu-10wt％Cr合金和Cu-10wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。实施例2如图4所示，使用铜模铸造Cu-20wt％Cr合金和Cu-20wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加Cr3C2颗粒的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加Cr3C2颗粒的合金试样中富Cr相以弥散粒子形式存在分布均匀。其制备过程如下：用电弧炉熔炼Cu-20wt％Cr合金和Cu-20wt％Cr-0.1wt％Cr3C2合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有弥散型复合凝固组织Cu‑Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：该方法采用铸造技术，首先熔炼Cu‑Cr合金原料，向所得Cu‑Cr合金熔体中添加微纳米尺寸的Cr3C2颗粒作为形核剂，当含有Cr3C2颗粒的Cu‑Cr合金熔体冷却过程中发生液‑液相变时，Cr3C2颗粒作为富Cr相液滴的形核基底，提高富Cr相液滴的形核率；熔体凝固形成具有弥散型复合凝固组织Cu‑Cr合金。

【技术特征摘要】
1.一种具有弥散型复合凝固组织Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：该方法采用铸造技术，首先熔炼Cu-Cr合金原料，向所得Cu-Cr合金熔体中添加微纳米尺寸的Cr3C2颗粒作为形核剂，当含有Cr3C2颗粒的Cu-Cr合金熔体冷却过程中发生液-液相变时，Cr3C2颗粒作为富Cr相液滴的形核基底，提高富Cr相液滴的形核率；熔体凝固形成具有弥散型复合凝固组织Cu-Cr合金。2.根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述Cr3C2颗粒的尺寸(颗粒直径)为0.01～20微米。3.根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九洲，陶杰，江鸿翔，张丽丽，
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