[发明专利]一种铝热还原-熔渣精炼制备CuCr合金铸锭的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种铝热还原-熔渣精炼制备CuCr合金铸锭的方法。

背景技术

近年来随着大功率真空高压开关技术的发展，CuCr合金因具有大的分断电流能力、高的耐电压强度等优点已逐渐取代了传统的W-Cu、Cu-Bi系列的合金触头材料，广泛应用于中高压大功率真空开关电路中。随着超高压输电的发展，如何制备均质大尺寸CuCr合金铸锭已成为制约铜铬合金出头材料应用的关键。

CuCr合金属于难混溶偏晶合金，无法采用普通的熔炼方法制备CuCr合金，因此，世界各国都把开发CuCr合金的制备工艺和技术放在首位。现有的粉末烧结法、熔渗法等制备CuCr合金存在生产效率低、合金致密度差等缺陷；真空自耗重熔法可以制备出高致密度合金铸锭，但是工艺复杂，生产成本高。申请号200910191267.2的专利申请提出先采用真空感应熔炼或真空非自耗得到合金预制锭，然后在高纯氩气保护下进行悬浮熔炼，最后快速凝固制备出低夹杂高性能CuCr合金铸锭。申请号96114678.8和200310105130.3的专利申请提出将铜、铬金属压制成自耗电极棒，然后进行电渣重熔制备出CuCr合金触头材料。但是以上两种制备工艺均采用高纯金属粉末为原料，前者的自耗电极棒采用烧结工艺制备而成，后者采用真空感应炉熔炼制备而成，不但工艺复杂，而且生产成本很高。申请号200910022306.6的专利申请提出了机械合金化法制备CuCr合金触头材料，首先将块体铬和块体镍等烧结在氩气保护下采用真空电弧或真空感应熔炼法制备成合金锭，然后在氩气保护下球磨成合金粉末，并与铜粉混合压制成锭烧结得到CuCr合金铸锭。申请号200810184481.0和201210240150.0的专利申请提出了以氧化物为原料，采用铝热还原法制备铜铁基偏晶合金的思路，由于铝热还原过程属于快速强放热反应过程，且冷却过程中温度梯度大，冷却速率快，因此得到的合金成分波动大，合金中夹杂物含量高，宏观偏析严重。

张廷安、豆志河等在申请号200510047309.7的专利申请中提出以氧化物为原料采用铝热还原-电磁铸造法制备大尺寸均质铜铬合金出头材料，实现了大尺寸铜铬合金触头材料的制备；但是制备的合金铸锭中存在夹杂物高、气孔缺陷多等质量问题。张廷安等在申请号200710011613.5以及200510047309.7的专利申请公开的工艺基础上，进一步提出采用电渣重熔精炼，解决了铝热还原-电磁铸造法制备的铜铬合金存在的夹杂物高、气孔缺陷多等质量问题，制备出均质大尺寸的铜铬合金铸锭，但是合金成分波动大的缺点仍未解决，且工艺流程较长，操作复杂。

发明内容

针对现有大尺寸均质的CuCr合金铸锭在制备技术上存在的上述不足，本发明提供一种铝热还原-熔渣精炼制备CuCr合金铸锭的方法，通过将Cu和Cr的氧化物与Al进行铝热还原，然后电磁金渣熔炼，再用预熔渣精炼除杂，并进行脱氧精炼和成分调整，最后快速凝固制成大尺寸均质CuCr合金铸锭，简化操作并降低成本的同时，达到阻止成分偏析、保证大尺寸均质CuCr合金铸锭的纯度。

本发明的铝热还原-熔渣精炼制备CuCr合金铸锭的方法按以下步骤进行：

1、铝热还原：

将CuO粉、Cr₂O₃粉和Al粉按质量比100:（10~275）:（30~120）配料，获得混合物料；向混合物料中加入造渣剂CaO，CaO占混合物料总重量的2~5%，将全部物料混合均匀后制成待还原物料；将待还原物料放入反应器内，并在待还原物料表层放上金属镁粉，在电磁场作用下将金属镁粉直接明火引燃，引发铝热还原反应，得到由铜铬合金熔体和熔融态Al₂O₃-CaO还原渣组成的高温熔体；

2、电磁场作用下感应熔炼：

将高温熔体在电磁场作用下进行金渣熔炼分离，熔炼温度为1900~2000℃，熔炼时间为1~5min，上层形成还原熔渣，下层形成铜铬合金熔体；熔炼分离结束后将上层的还原熔炼渣放掉总体积的50~70%，获得熔炼高温熔体，熔炼高温熔体的上层为剩余还原熔渣，下层为铜铬合金熔体；

3、电磁场作用下熔渣精炼：