[发明专利]细化铜及铜合金结晶组织的中间合金、其制备方法及使用工艺

说明书

本发明公开了一种细化铜及铜合金结晶组织的中间合金、其制备方法及使用工艺，所述中间合金包括M‑25B、M‑30Fe、M‑20Ti、M‑20Zr、M‑20RE，分别由B、Fe、Ti、Zr、RE元素与纯金属M熔融成合金熔体，再经雾化冷却、干燥、过筛分别得到不同粒径的M‑25B、M‑30Fe、M‑20Ti、M‑20Zr、M‑20RE合金粉粒，其中M为Cu或Al。本发明通过熔炼与雾化造粒方法将细化元素制备成同基体中间合金粉体，细化剂组分易根据铜及铜合金的成分与品质要求进行准确控制；避免吸潮氧化等问题，可有效消除黄铜合金粗大柱状晶，细化结晶组织，提高黄铜熔体的流动性，改善铸件产品的表观质量，满足后续加工需求。

技术领域

本发明属于铜及铜合金加工技术领域，具体涉及一种细化铜及铜合金结晶组织的中间合金、其制备方法及使用工艺。

背景技术

结晶组织微细化是提高铜及铜合金的性能的有效手段，考虑组织的遗传性因素以及不同铜产品的加工工序要求，还要求细化效果具有显著的长效性与重熔细化效果。化学法细化晶粒组织是目前最为常用、操作简便且行之有效的晶粒细化工艺方案。在熔体处理的适当阶段，在合适的温度条件下，通过往熔体中直接加入或反应生成非自发形核核心，使熔体在凝固过程中通过异质形核实现晶粒细化。对于非自发形核核心，要求与结晶组织之间具有晶体结构相似、晶格常数相当、熔点相对较高的性质，加入熔体后质点分散度高且不污染熔体。

目前，黄铜合金晶粒细化剂的主要细化元素优选Ti、Zr、B、Sr、RE等，常以盐类或中间合金形式(Al基或铜基)加入，但是现有技术存在以下问题：(1)以盐类物质加入时，由于很多属于强碱金属盐，通常具有较强的吸湿性，若因存储不当，常易出现吸潮失效现象，并引起熔体吸气；(2)以中间合金形式制备的细化剂往往先分别制备不同有效细化元素的中间合金(Cu基或Al基)，再经去氧化皮、车削卷曲(塑性较大的金属单质或合金)、碾碎(脆性较大的金属单质或合金)、混合，或进一步与某些盐类物质混合，形成颗粒物形态与尺寸参差不齐的状态，难以保证细化剂混合均匀，从而影响细化剂在熔体中的均匀分布；(3)还有一类中间合金细化剂以将所有元素加入Cu基或Al基熔体，浇注成铸锭后直接使用，由于不同元素熔点差异大，易导致低熔点组元过量烧损，这种制备方法所得中间合金成分单一，当面对不同的铜合金时，需重新熔铸中间合金，另外，以锭状加入，加入量不好控制，细化剂熔化与反应时间延迟，易导致细化不均匀。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种细化铜及铜合金结晶组织的中间合金、其制备方法及使用工艺。根据铜及铜合金的成分特点，优选合适的细化元素分别熔炼Cu基或Al基中间合金，在各自为熔融状态时，通过惰性气体保护的金属雾化装置，直接形成细小的合金颗粒，然后按细化剂成分要求进行配制。该细化剂及制备方法具有制备工艺简便、节能、结晶组织长效细化、晶粒尺寸均匀、铸锭重熔后晶粒细小等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供一种细化铜及铜合金结晶组织的中间合金，所述中间合金包括M-25B、M-30Fe、M-20Ti、M-20Zr、M-20RE，分别由B、Fe、Ti、Zr、RE元素与纯金属M熔融成合金熔体，再经雾化冷却、干燥、过筛分别得到不同粒径的M-25B、M-30Fe、M-20Ti、M-20Zr、M-20RE合金粉粒，其中M为Cu/Al。

本发明第二方面提供一种细化铜及铜合金结晶组织的中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼

分别将B、Fe、Ti、Zr和RE元素以纯金属或碱金属盐形式，其中，RE以混合稀土形式，在各自熔炼温度下加入到Cu/Al基体纯金属熔体中，使元素扩散溶入基体熔体，并搅拌均匀，同时进行排杂与除气处理，静置10～20min后扒渣，即分别得到含B、Fe、Ti、Zr、RE元素的Cu/Al基合金熔体，为保证雾化过程对熔体流动性的要求，需在各自允许温度范围内适当提高合金的熔炼温度，并在合金熔体表面通高纯氮气进行保护；

(2)雾化