[发明专利]一种立方棋盘状γ′相增强Cu-Ni-Al耐高温合金及其制备方法

说明书

一种立方棋盘状γ'相增强Cu‑Ni‑Al耐高温合金及其制备方法，其属于耐高温铜合金领域。合金中Ni、Al的原子百分比比例为2.3<Ni/Al<9，合金中Cu的原子百分比含量为40≤Cu≤99at.%；该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”特征组织，具有高于1273K的软化温度，且熔点高于纯Cu的熔点1356K。

技术领域

本发明涉及一种立方棋盘状γ'相增强Cu-Ni-Al耐高温合金及其制备方法，其属于耐高温铜合金领域。

背景技术

导电铜合金的一个重大需求，就是具有高的抗蠕变性能，这是因为在瞬间高电流负载情形下，温度往往很高，普通铜合金难以承受。目前应用较广泛的具有高强度、高导电导热性、良好的耐磨抗蚀性和抗高温蠕变等综合性能的是铍青铜，这是一种典型时效强化型Cu合金，但是这种合金含有毒性元素，并且导电性不够好，承温能力还不足。如果能够把镍基高温合金的主要强化方式：立方棋盘状γ'相（AuCu₃结构）在面心立方γ相固溶体基体上共格析出，移植到Cu合金，将有助于发展新型耐高温的时效强化Cu合金。由于立方形态需要析出相与基体的精确匹配，目前为止，除Co基高温合金外，其它常用合金体系中尚未发现立方形态强化析出的组织特征，而各种合金往往需要承受高温的载荷和服役环境。

Cu和Ni有完全相同的面心立方晶体结构，也存在一批结构类型为AuCu₃的γ'有序相，从晶体结构上，将立方形态γ'相与面心立方固溶体基体γ相的特征组织结构从Ni基移植到Cu基上完全可能， Cu的熔点是1356.4K，即使以0.9Tm估计，Cu合金的高温用途也将在1273K左右，但是实际上直至目前为止，析出强化的铜合金耐温能力都非常低。例如引线框架Cu-Fe-P合金在加入Re等稀土元素后软化温度才能提高到813K左右；而用于开关触头的铬锆铜抗高温软化温度也仅可达823K；用于压铸冲头的铍青铜软化温度也在823K左右。其本质困难在于：析出强化相本身的相变（分解）温度较低导致高温软化，另外合金化元素在基体Cu中固溶还会导致电阻率增加。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出利用“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”的组织结构来强化Cu，采用具有AuCu₃结构和高分解温度的Ni₃Al相作为γ'相，制备具有良好高温性能的Cu-Ni-Al合金。

本发明的技术方案为：一种立方棋盘状γ'相增强Cu-Ni-Al耐高温合金，所述合金中Ni、Al的原子百分比比例为2.3&lt;Ni/Al&lt;9，合金中Cu的原子百分比含量为40≤Cu≤99at.%；该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”特征组织，该合金具有高于1273K的软化温度，该合金的熔点高于1356K。

一种立方棋盘状γ'相增强Cu-Ni-Al耐高温合金的制备方法：

（1）按合金的原子百分比换算成相应金属的重量百分比，使用4N以上高纯度金属为原料配制合金；

（2）采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯Ar气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；

（3）随后将熔炼好的合金置于真空管式炉中，在Ar气氛围中进行1238K/6h固溶和723K/4h时效处理，得到Cu-Ni-Al耐高温合金。

本发明为了提升现有Cu合金的耐高温性能，旨在制备具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”特征组织的Cu-Ni-Al耐高温合金，控制Ni、Al的添加比例为2.3&lt;Ni/Al&lt;9（原子百分比比例），40≤Cu≤99at.%，以获得不同的高温强度与电阻率的组合满足不同实际工况需求。其典型特征在于：该合金始终具有“立方棋盘状γ'相在面心立方γ相固溶体基体上共格析出”特征组织，具有高于1273K的软化温度，且熔点高于1356K（纯Cu的熔点）。