一种Cu-Pb偏晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
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Pb偏晶合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Cu
‑
Pb偏晶合金及其制备方法，属于冶金


技术介绍

[0002]偏晶合金是工程上十分重要的金属材料之一，具有许多独特的性能，广泛应用于社会生产生活的方方面面。Cu
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Pb是一种典型的偏晶合金，具有较高的承载力、较低的摩擦系数以及优良的耐磨耐蚀性，所以在导电导热和减摩耐磨零件中得到广泛的应用。但Cu、Pb两者密度差大，在常规条件下制备合金时易造成Stockes沉积效应，第二相偏析严重、分层现象明显、晶粒粗大，使合金的性能大大降低。随着人们对偏晶合金两相分离机制更加全面的了解，科学工作者利用多种新型的方法制备出高性能的偏晶合金。Abramov O V利用空间微重力场下的熔融铸造法制备Al
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Pb antifriction alloys，LiuYuan在粉末冶金法下抑制其动力学过程分析了immiscible alloys。此外定向凝固法、搅拌铸造法，快速凝固法等同样广泛应用于制备性能优异的偏晶合金。但是这些制备方法有的复杂、有的效果不明显。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中制备Cu
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Pb偏晶合金存在的步骤复杂、合金性能不佳的缺陷，提出一种Cu
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Pb偏晶合金及其制备方法。
[0004]本专利技术通过以下技术方案解决技术问题：首先提供一种 Cu
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Pb偏晶合金，包括以下质量百分数的组分：铜60
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80%，铅20
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40%，所述铜和铅的纯度均为99.99%。
[0005]本专利技术进一步提供上述合金的制备方法，主要是地面电磁模拟微重力制备Cu
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Pb偏晶合金的制备方法，用以缓解现有技术中Stockes沉积效应导致的偏析问题，所制备的偏晶合金具有组织均匀、力学性能好等优点；包括熔炼前预处理—微重力磁场熔炼—得到目标合金，所述熔炼前预处理包括称取所述比例的铜粒和铅粒，混合均匀后装入坩埚，混合物表面添加玻璃净化剂得到预处理熔体；所述微重力磁场熔炼包括将预处理熔体装入微重力感应熔炼炉，保证预处理熔体置于均匀磁场中，磁感应线为水平方向，使用与所述预处理熔体配合的直流电，在保护气体氛围下加热熔炼，进行微重力磁场处理，最终得到Cu
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Pb偏晶合金。
[0006]上述制备方法中，所述微重力磁场处理为磁场方向与直流电方向互相垂直，预处理熔体熔体受到一个向上或者向下的力，调节电流使两种熔体的有效重力相等，使之处于微重力状态。
[0007]所述玻璃净化剂为B2O3及Na
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Ca
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Si玻璃中的至少一种。其不仅能消除杂质，还能提高凝固过程中熔体的过冷度，增加形核率，细化晶粒。
[0008]所述保护气体为Ar。
[0009]上述方法的具体步骤如下：第一步、根据样品选择与样品配合坩埚;第二步、清洁炉体,将准备好的Cu
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Pb颗粒放入坩埚,
检查各个开关处于初始关闭状态后关紧炉门；第三步、打开循环水阀以及控制电源，抽真空，充气；第四步、在保护气体氛围下进行电磁感应熔炼，施加微重力磁场；第五步、待冷却至室温后打开排气阀，取样。
[0010]其中，所述第一步中，选择质量分数分别为62.5%和37.5%的铜粒和铅粒，坩埚的材质是氧化铝。
[0011]所述第四步中，施加微重力磁场时，开始施加温度低于铜熔点温度，关闭温度低于铜凝固温度；温度区间为升温阶段1000℃至降温阶段900℃，磁场强度为0.5T。
[0012]本专利技术通过明确施加微重力作用时间，使微重力作用效果更加明显，利用电磁模拟微重力技术，缓解由Stockes沉积效应导致的偏析问题，其有益效果是：所制备的偏晶合金具有组织均匀、力学性能好等优点。
附图说明
[0013]图1 为本专利技术一个实施例的制备示意图。
[0014]图2为本专利技术实施例的电磁微重力制备Cu
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Pb偏晶合金的显微组织图。
[0015]图3为本专利技术对比实施例的未施加电磁微重力Cu
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Pb偏晶合金显微组织图。
具体实施方式
[0016]实施例一本实施例提供一种Cu
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Pb偏晶合金制备方法，包括在精密天平上称取铜粒和铅粒，Pb所占质量比37.5%，余量为Cu，均匀混合，装入坩埚中，并在其表面添加玻璃净化剂；装入微重力感应熔炼炉，在保护气体Ar氛围下进行加热熔炼，施加微重力磁场处理，得到Cu
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Pb偏晶合金。添加玻璃净化剂为B2O3，具体步骤如下：(1)Cu
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Pb偏晶合金熔炼前预处理:将称取好的铜粒和铅粒混合好，装入氧化铝坩埚中，在表面添加一层玻璃净化剂。
[0017](2)将步骤 (1)中准备好的氧化铝坩埚，装入微重力感应熔炼炉中，磁场B与电场A方向互相垂直（如图1），在保护气体Ar氛围下进行感应加热熔炼，在1180℃下保温50min随后降温。
[0018](3)升温阶段，选择1000℃施加电磁微重力作用，磁场强度为0.5T；在1180℃保温50min后降温，在降温阶段温度为900℃关闭微重力磁场。随炉冷却，冷却至室温后将样品取出，进行试验检测。
[0019]本实施例中，施加的微重力电磁场由磁场和直流电构成，能缓解Stockes沉积效应导致偏析问题，所制备的偏晶合金具有组织均匀、力学性能好等优点。添加的玻璃净化剂，不仅能消除杂质，还能提高凝固过程中熔体的过冷度，增加形核率，细化晶粒。并用空白实施例作为对比。
[0020]本实施例电磁微重力制备的Cu
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Pb偏晶合金组织见图2，灰白色第二相Pb均匀分布在灰色基体Cu上，组织致密，Pb均匀性好，偏析少，晶粒细小。
[0021]对本实施例制得的Cu
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Pb偏晶合金显微硬度测试，随机选取7个测试点，平均显微硬度HV
4.9
57.23。
[0022]对本实施例制得的Cu
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Pb偏晶合金摩擦性能测试，平均摩擦系数为0.235，磨损量为3.7mg。
[0023]对比例一种Cu
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Pb偏晶合金制备方法，包括在精密天平上称取铜粒和铅粒，Pb所占质量比37.5%，均匀混合，装入坩埚中；装入微重力感应熔炼炉，在保护气体Ar氛围下进行加热熔炼，得到Cu
‑
Pb偏晶合金，具体步骤如下：(1) Cu
‑
Pb偏晶合金熔炼前预处理:将称取好的铜粒和铅粒混合好，装入氧化铝坩埚中，无玻璃净化剂。
[0024](2) 将步骤 (1)中准备好的氧化铝坩埚，装入微重力感应熔炼炉中，在保护气体Ar氛围下进行感应加热熔炼，在1180℃下保温50min随后降温。
[0025](3) 无微重力磁场作用。随炉冷却，冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
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Pb偏晶合金，包括以下质量百分数的组分：铜60
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80%，铅20
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40%，所述铜和铅的纯度均为99.99%。2.根据权利要求1所述Cu
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Pb偏晶合金的制备方法，包括熔炼前预处理—微重力磁场熔炼—得到目标合金，所述熔炼前预处理包括称取所述比例的铜粒和铅粒，混合均匀后装入坩埚，混合物表面添加玻璃净化剂得到预处理熔体；所述微重力磁场熔炼包括将预处理熔体装入微重力感应熔炼炉，保证预处理熔体置于均匀磁场中，磁感应线为水平方向，使用与所述预处理熔体配合的直流电，在保护气体氛围下加热熔炼，进行微重力磁场处理，最终得到Cu
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Pb偏晶合金。3.根据权利要求2所述Cu
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Pb偏晶合金的制备方法，其特征在于：所述微重力磁场处理为磁场方向与直流电方向互相垂直，预处理熔体熔体受到一个向上或者向下的力，调节电流使两种熔体的有效重力相等，使之处于微重力状态。4.根据权利要求2所述Cu
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Pb偏晶合金的制备方法，其特征在于：所述玻璃净化剂为B2O3及Na
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【专利技术属性】
技术研发人员：余挺，耿桂宏，于连旭，马步洋，王崇愚，
申请(专利权)人：南京国重新金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：