一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法技术

一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法，首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为１５ｗｔ％～７５ｗｔ％的比例在真空感应炉中加热、熔化，其特点是待铜金属和铬金属材料在真空感应炉中熔化完全后加入经过高温除气的造渣材料，使熔液在熔渣中保持３～５分钟，用熔渣吸附除去铜铬熔液中的异质颗粒，然后再浇铸制备出低夹杂物的铜铬触头材料。本发明专利技术在真空感应熔炼过程中直接添加经过高温烧结除气的熔渣混合物，在真空感应熔炼过程中直接用熔渣去除熔液中的夹杂物，不再经过电渣重熔的二次熔炼过程，从而使制备的铜铬合金成本显著降低，具有气体含量低、组织致密、成分均匀、纯净度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种真空熔炼除杂工艺，特别是涉及一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂 物的方法，属于电工材料制备技术。
技术介绍
铜铬(CuCr)合金是广泛用于中高压真空断路器的触头材料，具有较好的耐电压 和开断电流能力。其中，杂质含量是决定其性能的关键。当材料中含有较多的夹杂物时，将 极大地损害触头性能甚至不能使用。因此，不断减少夹杂物的污染是发展高性能CuCr触头 材料的关键。目前，国内外生产CuCr合金主要有四种工艺路线。1.混粉法将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷压成型，再经真空烧结或热等 静压而成。这是一条历史较长、使用较多的工艺路线，它的优点是工艺简单，成熟度高，主要 缺点是对原材料气体含量有极为严格的要求，很难获得低气体含量的产品，致密度较低也 是一个重要缺陷。2.熔渗法先将Cr粉和其他组分充分混合压制，在真空或保护性气氛中烧结成一 定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中浸Cu，由于毛细作用，液态Cu被吸入骨架的孔隙中，形 成密度在98%理论密度以上的致密的CuCr触头合金。这种产品氧含量较混粉法有明显降 低，致密度也有较大提高，主要缺点是仍然需要以铬粉为原料，生产效率较低。3.自耗法将Cu粉和Cr粉装入薄壁Cu管中或者将混粉法制成的CuCr合金棒在 真空电弧炉中作为阴极进行自耗熔炼，所得锭坯再经热挤压进一步提高致密度。这是德国 西门子公司开发成功的一种工艺路线，这种方法可以将Cr粒子尺寸降低到20 30 ym。但 这种方法对氧含量降低不明显，成本较高，工艺稳定性较低。4.真空熔炼法将一定比例的铜块和铬块在真空中频感应熔炼炉中熔化去气，然 后浇入特制的模具中。这种方法采用铜块和铬块为原料，避免了制造铬粉工序中引入杂质 和氧化的问题，气体含量指标能够大幅度降低。这四种工艺方法中前三种都要经过或首先经过粉末冶金工序，即首先要将铬块制 成铬粉，从而对原材料Cr块性能和制粉工艺有严格要求，使触头的生产成本很高，且很难 避免制粉中的夹杂污染。由于夹杂能够使触头在开断电流时分解并放出大量气体，损害真 空灭弧室的真空和绝缘能力，使真空断路器开断失败，造成严重事故。因此，不需要制粉工 序的真空熔炼工艺近年来在国际上获得了重视并取得了快速发展。在真空熔炼过程中，直接将铜块、铬块熔化，去除了将铬块制粉的工艺过程，从而 能够避免制粉过程中的气体和杂质污染。但是，由于铜铬合金的熔炼过程是在极高的工艺 温度(约2000°C)下的氧化物坩埚中进行，金属熔液在电磁力作用下不断冲刷坩埚，坩埚在 高温、搅拌作用下会不断剥落，使最终的材料中存在较多的夹杂物，降低了触头的可靠性。 因此，降低真空熔炼铜铬合金的夹杂物是真空熔炼工艺获得实际应用的关键。目前，铜铬合 金的真空感应熔炼都是直接在坩埚中感应熔化，都是设法避免在液面上形成熔渣，极少有关于真空感应熔化过程中加入造渣材料、利用熔渣材料吸附夹杂物的报导。本专利技术人曾做 过关于真空感应熔化凝固之后经电渣重溶，在电渣重溶过程中加入造渣材料、利用熔渣材 料吸附夹杂物的实验研究并申请了专利技术专利，见公开号为CN1619000的中国专利技术专利申请 《一种低氧低夹杂物铜铬合金触头的生产方法》，该方法的特点是首先将铜金属和铬金属材 料按照铬含量为15wt% 75wt%的比例通过真空感应熔炼和浇铸制成低氧含量的铜铬合 金电极棒，然后再将电极棒进一步经过真空电渣炉重新熔化和结晶降低铜铬合金中的夹杂 物，制备出低氧含量和低夹杂物的铜铬合金触头材料。上述专利申请给出的技术方案虽能 做到制备的铜铬合金气体含量低、组织致密、成分均勻、纯净度高，但由于是采用真空感应 熔炼和真空电渣重熔双联技术，铜铬合金触头材料制备工艺需经过二次熔化、凝固过程，工 艺较复杂，生产成本较高，耗能较多，不利于大规模的工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，特别是通过对公开号为 CN1619000的中国专利技术专利申请技术的改进，提供一种新的去除真空熔炼铜铬合金夹杂物 的方法。该方法采用在真空感应熔炼过程中直接添加经过高温烧结除气的熔渣混合物，在 真空感应熔炼过程中直接用熔渣去除铜铬合金熔炼中的夹杂物，不再经过电渣重熔的二次 熔炼过程，从而使制备的铜铬合金成本显著降低，具有气体含量低、组织致密、成分均勻、纯 净度高的特点，是一种高质量、高性能的真空开关触头材料。本专利技术给出的技术方案是首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为15wt% 75wt %的比例在真空感应炉中加热、熔化，其特点是待铜金属和铬金属材料在真空感应炉 中熔化完全后加入经过高温除气的造渣材料，使熔液在熔渣中保持3 5分钟，用熔渣吸附 除去铜铬熔液中的异质颗粒，然后再浇铸制备出低夹杂物的铜铬触头材料。为更好的完成本专利技术的目的，所述铜金属和铬金属材料在真空感应炉中熔化时加 有碳块做为脱氧剂，其加入量为铜金属和铬金属总量的0. 1-2%。为更好的完成本专利技术的目的，所述铜金属和铬金属材料在真空感应炉中熔化完全 后加入的经过高温除气的造渣材料为经过800 1000°C高温烧结除气的二元化合物或多 元化合物渣系，例如CaF2_NaF渣系，Ca0-Mg0-CaF2渣系，其中造渣材料的加入量为铜金属和 铬金属总量的0. 1 5%。本专利技术的原理是铜金属和铬金属材料在真空感应炉中熔化完全后形成铜铬合金 熔液，将经过800 1000°C高温烧结除气的造渣材料加入铜铬合金熔液中，利用熔渣吸附 大幅度降低铜铬合金材料中的夹杂物，铜铬合金熔液在熔渣中保持5分钟后，铜铬合金熔 液的夹杂物被熔渣捕获，使铜铬合金熔液净化，再降低加热功率并带电将铜铬合金熔液浇 入水冷模具中，由于电磁搅拌的作用，熔渣材料在浇铸过程中自动留在远离浇铸口一侧的 坩埚壁上，从而获得低夹杂物纯净的铜铬合金。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是采用在真空感应熔炼过程中直接添加经 过高温烧结除气的熔渣混合物，用熔渣去除铜铬合金熔炼中的夹杂物，从而使制备的铜铬 合金气体含量低、组织致密、成分均勻、纯净度高，具有工艺简单、生产成本较低、耗能较少 和利于大规模的工业化生产的特点。具体实施例方式实施例1 取铬块占铜块、铬块总重量的30%，然后在真空感应炉中加热，使Cu块、Cr块在 1700 2100°C的高温中完全熔化后，用料斗将经过800 1000°C高温烧结除气的CaF2和 NaF造渣材料加入熔液中，其中造渣材料采用CaF2和NaF的混合物，比例为CaF2 NaF = 8 2，二者总的加入量占Cu块、Cr块总重量的1%，熔液在熔渣中保持5分钟后，Cu、Cr熔 液的夹杂物被熔渣捕获，使铜铬合金液净化，降低加热功率并带电将铜铬熔液浇入水冷模 具中，由于电磁搅拌的作用，熔渣材料在浇铸过程中自动留在远离浇铸口一侧的坩埚壁上， 获得低夹杂物纯净的铜铬合金。实施例2:取铬块占铜块、铬块总重量的25%，然后在真空感应炉中加热，使Cu块、Cr块在 1700 2100°C的高温中完全熔化后，用料斗将经过800 1000°C高温烧结除气的CaF2和 NaF造渣材料加入熔液中。其中熔渣采用CaF2和NaF的混合物，比例为CaF2 NaF = 8 2， 二者总的加入量占Cu块、Cr块总重量的0. 51%。熔液在熔渣中保持5分钟后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法，首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为１５ｗｔ％～７５ｗｔ％的比例在真空感应炉中加热、熔化，其特征在于待铜金属和铬金属材料在真空感应炉中熔化完全后加入经过高温除气的造渣材料，使熔液在熔渣中保持３～５分钟，用熔渣吸附除去铜铬熔液中的异质颗粒，然后再浇铸制备出低夹杂物含量的铜铬触头材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚平，王慧馨，
申请(专利权)人：辽宁金力源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]