專利名稱：一種銅鉻合金的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種合金的制備方法，尤其是涉及一種銅鉻合金的制備方法，屬于合金材料制備技術領域。
背景技術：
銅鉻合金具有強度和硬度高、導熱性和導電性良好以及抗腐蝕性強等優(yōu)點，廣泛應用于制備電阻電極、觸頭材料等要求高導電率，高強度的領域，尤其是在大功率真空高壓開關中，銅鉻合金更是顯示出廣闊的應用前景。為滿足銅鉻合金的廣泛需求，國內外相關企業(yè)以及專業(yè)人士對銅鉻合金的制備工藝進行了大量的試驗和研究工作，取得了一定的進展。如發(fā)明名稱為一種低氧低夾雜物銅鉻合金觸頭的生產方法，申請?zhí)枮?00310105130.3的專利公開了一種真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯(lián)技術生產銅鉻合金的方法，通過真空感應熔煉技術制成低氧含量的銅鉻合金電極棒，再利用真空電渣重熔進一步降低銅鉻合金中的夾雜物。此方法制備的銅鉻合金氣體含量低，組織致密，成分均勻，純凈度高，但所采用的自耗電極棒采用高純的金屬粉末制備而成，且需要結構復雜的真空系統(tǒng)和直流電弧電源，工藝復雜，生產成本高。發(fā)明名稱為噴射沉積制造銅/銅鉻合金復合觸頭材料的方法，申請?zhí)枮?01210153453.9的專利提出利用噴射沉積法在預處理后的純銅基體上形成與銅基體牢固結合的Cu-Cr合金層。此方法制備的銅鉻合金復合材料由于心部為純銅，當表層磨損后，心部的磨損將加劇，并且此方法實施過程需要抽真空，氬氣 保護，以及合金熔液的粉碎，霧化，沉積等過程，工藝周期較長，生產成本較高。近年來，基于自蔓延高溫合成技術的銅鉻合金的制備工藝也成為研究熱點，這是由于該技術是利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料，當反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區(qū)域傳播，直至反應完全，是制備無機化合物高溫材料的一種新方法。自蔓延高溫合成銅鉻合金所需的原料成本低，能充分利用體系的化學能以達到節(jié)能要求，其設備簡單，工藝流程短，因而在研究高性能的觸頭材料領域得到越來越高的重視。但自蔓延高溫合成技術明顯的不足在于由于操作過程熱量散失嚴重，所制備的合金材料多為疏松開裂狀態(tài)，氣孔數(shù)量多，偏析嚴重，故一般需要進行后續(xù)處理。發(fā)明名稱為鋁熱還原-電磁鑄造法制備銅鉻合金觸頭材料，申請?zhí)枮?00510047309.7的專利利用鋁熱還原反應獲得金屬熔液，在電磁場攪拌下進行金渣分離，并采用循環(huán)水冷冷卻高溫合金熔體，此方法原料成本低，工藝相對簡單，但反應熱量散失嚴重，且實驗裝置需要附之以機械傳動結構，需要額外提供動力源。發(fā)明名稱為自蔓延熔鑄-電渣重熔制備CuCr合金觸頭材料的方法，申請?zhí)枮?00710011613.5的專利通過對自蔓延熔鑄工藝獲得的CuCr合金的自耗電極棒進行重熔精煉，并強制水冷得到CuCr合金鑄錠。電渣重熔過程的重熔電流，操作溫度等工藝參數(shù)要求較高，對實驗設備的要求也相對較高，而且能耗高，不能有效滿足節(jié)能要求?；谏鲜黾夹g的缺陷，發(fā)明人欲提供一種設備簡單，操作安全，成本低廉的基于自蔓延技術的銅鉻合金的制備方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種設備簡單，成本低廉的銅鉻合金的制備方法。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種銅鉻合金的制備方法，采用物料疊層自蔓延反應工藝，具體包括以下步驟:
1)對裝料模具和成型模具進行組裝，裝料模具底部有一小孔與成型模具連通，將擋片放入裝料模具底部；
2)準備A層物料，A層物料中成分和重量份為:
55%氧化銅50 70，三氧化二鉻10 25，鋁粉10 20，氟化鈣2 3，目數(shù)皆為100 300目，攪拌均勻，添加到裝料模具中，壓平壓實；
3)準備B層物料，B層物料中成分和重量份為:
硫酸鎂1.5 5，鋁粉I 3，氟化鈣0.3 0.8，目數(shù)皆為200 400目，攪拌均勻，添加到到A層物料之上，壓平壓實；
4)在B層物料之上撒上引火劑，點火，待石墨模具中的擋片熔化后，高溫液態(tài)金屬由裝料模具底部小孔流入到成型模具中，生成的銅鉻合金自然冷卻到常溫取出。在裝料模具和成型模具組裝后，裝料前對模具進行預熱，可以驅除模具上的水汽。一般預熱到20(T300°C，維 持5 15分鐘足矣。所述A層物料和B層物料通過混料機攪拌均勻。為了便于散熱，提高操作的安全性，混料機采取間斷操作的工作方式，比如混料約15秒，停機約10秒，如此反復。所述的55%氧化銅是指含55wt%Cu0,其余為未氧化的Cu。所述擋片是銅箔。
所述引火劑的成分是火藥。
本發(fā)明方法涉及三種鋁熱反應，分別為鋁和氧化銅反應置換出銅，鋁和三氧化二鉻反應置換出鉻，鋁和硫酸鎂反應作為熱源補給熱量，減少熱量散失，提供造渣和隔絕空氣的雙重作用，減少氣孔數(shù)量，提高操作安全性。造渣劑主要包括原料中的CaF2以及硫酸鎂鋁熱反應產生的硫化物和氧化物。所述的鋁粉為還原劑，氧化銅，三氧化二鉻和硫酸鎂均為氧化劑。本發(fā)明具有如下的有益效果:
1.方法設備簡單。本發(fā)明的方法為簡單的鋁熱反應，主要步驟為稱取原料、混料、裝料、點火，操作簡單；制備設備主要為裝料的石墨模具和成型模具，不需要熔煉爐等大型的設備。2.原料來源廣，成本低廉。該制備方法的成本主要為原料費用，不需要電力等能源的消耗，且原料來源廣泛，成本低廉。3.反應平穩(wěn)，安全可控性好。采用鋁和硫酸鎂反應作為補充能源，不僅使反應具有充足的熱量，減少熱量散失，而且使得該反應平穩(wěn)，提高實驗過程的安全性。4.產品質量好。高溫液態(tài)金屬從裝料模具中流入成型模，金渣強制分離；且鋁和硫酸鎂反應生成的硫化物可提供造渣和隔絕空氣的雙層保護，大大降低合金的氣孔數(shù)量，提高合金致密度。


圖1為反應裝置示意圖。包括擋片(4)，裝料模具(5)和成型模具(6)。物料添加采用疊層添加，從下到上依次為A層物料(3)，B層物料(2)和引火劑(I)。圖2為實施例三制備的CuCr合金的二次電子像。圖3為能量分散譜儀(EDS,Energy Dispersive Spectroscopy )測出的實施例三制備的CuCr合金的能譜曲線。
具體實施例方式實施例一:
對裝料的石墨模具和成型模具進行清潔處理并組裝，將擋片放入石墨模具底部，之后預熱模具，預熱溫度為200-300°C，預熱時間為15分鐘左右。稱取原料，其中鋁粉(200目)，三氧化二鉻(200目)和55%氧化銅(100目)均為工業(yè)級。硫酸鎂(MgSO4)不僅可以提供熱量，同時具有造渣效果，造渣劑選為氟化鈣(CaF2);原料重量配比為(Wt%):
權利要求
1.一種銅鉻合金的制備方法，其特征在于:采用以下步驟: I)對裝料模具和成型模具進行組裝，裝料模具底部有一小孔與成型模具連通，將擋片放入裝料模具底部； 2)準備A層物料，A層物料中成分和重量份為: 55%氧化銅50 70，三氧化二鉻10 25，鋁粉10 20，氟化鈣2 3，目數(shù)皆為100 300目，攪拌均勻，添加到裝料模具中，壓平壓實； 3)準備B層物料，B層物料中成分和重量份為: 硫酸鎂1.5 5，鋁粉I 3，氟化鈣0.3 0.8，目數(shù)皆為200 400目，攪拌均勻，添加到到A層物料之上，壓平壓實； 4)在B層物料之上撒上引火劑，點火，待石墨模具中的擋片熔化后，高溫液態(tài)金屬由裝料模具底部小孔流入到成型模具中，生成的銅鉻合金自然冷卻到常溫取出。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在裝料模具和成型模具組裝后，裝料前對模具進行預熱。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，裝料前對模具進行預熱到20(r300°C，維持5 15分鐘。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述A層物料和B層物料通過混料機攪拌均勻。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，混料機采取間斷操作的工作方式。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，混料機混料15秒，停機10秒，如此反 復。
7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的55%氧化銅是指含55wt%CuO，其余為未氧化的Cu。
全文摘要
本發(fā)明一種銅鉻合金的制備方法，屬于合金材料制備技術領域。以55%的CuO，Cr2O3，Al粉為主要原料，添加MgSO4和CaF2。采用物料疊層自蔓延反應工藝，A層為CuO，Cr2O3，Al粉和CaF2的混合物料，添加在反應模具底層，B層為MgSO4，Al和CaF2的混合物，添加在A層物料之上，引火劑添加在B層物料之上。采用鋁熱還原法獲得CuCr合金。本發(fā)明涉及原料來源廣泛，生產成本低廉，操作方法簡單，產品質量大大提高。
文檔編號C22C9/00GK103114218SQ20131007601
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權日2013年3月11日
發(fā)明者張國棟, 楊輝, 胡玉華 申請人:武漢大學