[发明专利]一种采用磁悬浮工艺提高铜合金综合性能的方法

说明书

本发明公开了一种采用磁悬浮工艺提高铜合金综合性能的方法，首先，按照铜合金组分配制原料后置于真空室的水冷铜坩埚内，并使其真空度达10^‑5‑10^‑2Pa，其次，在4000‑7000V、1.4‑3.6A条件下将原料熔融后，再在1200‑1400℃温度范围内进行磁悬浮熔炼净化20‑30min，然后在水冷铜坩埚中快速冷却至室温，制得净化和快冷后的铜合金。该方法能够有效提高铜合金的综合力学性能及耐腐蚀性能，延伸率相比于传统工艺熔炼提升了20‑60％，硬度提高了25‑35％，抗拉强度提升了15‑30％，导电率提升了10‑20％、应力腐蚀断裂周期提升25‑40％。

技术领域

本发明属于铜合金制备领域，尤其涉及一种采用磁悬浮工艺提高铜合金综合性能的方法法。

背景技术

铜及铜合金由于其优异的传导性、耐磨性及耐蚀性等特征，使其具有广泛的工程应用，但由于铜及其合金的传导性与强韧性、耐蚀性指标相互制约，现有铜合金材料已无法满足现代工程部件对产品强韧性、耐蚀性和传导性的同步要求。工程用铜及其合金材料的化学成分均有相应的技术标准约束，其工艺元素调整幅度有限，因此，提升铜合金材料的综合性能方法主要取决于材料成形工艺流程和方法的优化。

现有的铜合金熔炼技术主要有反射炉熔炼、普通感应炉熔炼和真空感应炉熔炼等，多采用金属模或砂型铸造成形，其合金材料内部存在气孔、夹杂、宿松、组织偏析及晶粒粗大等缺陷，严重制约了合金材料的传导性、强韧性、耐蚀性等性能的发挥，影响工程部件使用效果及寿命。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效提高铜合金抗拉强度、导电性及耐腐蚀性等综合力学性能的铜合金净化方法。

技术方案：本发明采用磁悬浮工艺提高铜合金综合性能的方法，包括如下步骤：

(1)按照铜合金组分配制原料后置于真空室的水冷铜坩埚内，并使其真空度达10^-5-10^-2Pa；

(2)在4000-7000V、1.4-3.6A条件下将原料熔融后，再在1200-1400℃温度范围内进行磁悬浮熔炼净化20-30min，然后在水冷铜坩埚中以80-120℃/s速度冷却至室温，制得净化和快冷后的铜合金。

本发明通过采用磁悬浮制备铜合金，进而能够细化合金晶粒、均匀组织，并减少其夹杂、疏松和成分偏析，进一步提高铜合金的硬度、抗拉强度、导电性等综合力学性能及耐蚀性能。

进一步说，本发明净化的铜合金可为Cu-Mn-Al-Be、Cu-Ag-Zr-Cr或Cu-Ni-Sn-Zr合金。其中，Cu-Mn-Al-Be合金的组分可为：Mn51-53％、Al3.0-5.0％、Fe 2.0-3.0％、Ni1.5-3.0％、Cr 0.5-1.5％、Zn 1.5-3.0％、Be 0.05-0.1％及余量铜和不可避免的杂质。Cu-Ag-Zr-Cr合金的组分可为：Ag 2.8-3.2％、Zr 0.4-0.6％、Cr 0.1-0.3％及余量铜和不可避免的杂质。Cu-Ni-Sn-Zr合金的组分可为：Ni14-16％、Sn 8.0-10％、Mn 0.5-1.5％、Zr 0.03-0.15％及余量铜和不可避免的杂质。

本发明通过对Cu-Mn-Al-Be、Cu-Ag-Zr-Cr及Cu-Ni-Sn-Zr合金采用磁悬浮工艺制备，进而制得的Cu-Mn-Al-Be、Cu-Ag-Zr-Cr及Cu-Ni-Sn-Zr合金不仅抗拉强度、导电性等综合力学性能提高，且耐腐蚀性能提高。其中，对于在Cu-Mn-Al合金而言，原料中通过加入Be，其具有熔体脱氧和除气的作用，能够降低Mn、Al等活泼金属熔炼过程中的氧化损耗、净化金属熔体，且部分Be能够与Ni形成金属间化合物相，在磁悬浮作用下能够弥撒分布与铜基体，对合金有明显地强化作用。对于Cu-Ag-Zr-Cr合金而言，原料中通过添加Cr，进而细化晶粒、并提高合金的强度和耐磨性。对于Cu-Ni-Sn-Zr合金，原料中添加Zr，进而脱氧、细化晶粒，并缓解合金中的Sn偏析。