本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用Cu-La中間合金制備含稀土銅鉻鋯合金的方法。

背景技術(shù)：

Cu-Cr-Zr合金是一種高性能的時(shí)效強(qiáng)化型銅合金，由于其具有高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能，被廣泛應(yīng)用于集成電路引線框架、電阻焊電極、熱交換材料及電氣化高速鐵路用接觸材料等諸多領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)銅合金的性能提出了更高的要求。如何保證在導(dǎo)電率允許降低的范圍內(nèi)，最大程度地提高銅合金的強(qiáng)度成為了銅合金研究開發(fā)的關(guān)鍵。在冶金工業(yè)中，稀土元素資源豐富，被稱為金屬材料的“維生素”，向金屬材料中添加微量的稀土，能明顯改善其冶金質(zhì)量及力學(xué)性能。研究表明，銅合金中添加適量的稀土元素，可以凈化銅的基體和晶界，提高銅合金導(dǎo)電率；同時(shí)還能細(xì)化合金組織，使其力學(xué)性能得到改善。由于稀土元素化學(xué)活性高，再加上其密度比Cu小，在合金熔煉單質(zhì)稀土直接加入會(huì)上浮造成很大的燒損，并給鑄錠帶來大量氣孔、疏松等缺陷，難以熔入銅基體中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用Cu-La中間合金制備含稀土銅鉻鋯合金的方法，解決了傳統(tǒng)制備過程中出現(xiàn)的稀土元素大量燒損及鑄造缺陷，以及合金組織、成分不均勻的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種采用Cu-La中間合金制備含稀土銅鉻鋯合金的方法，具體按以下步驟實(shí)施：

步驟1，原料準(zhǔn)備：

按照Cu-Cr-Zr-La合金中元素含量的要求，分別稱取Cu-La中間合金、Cr粒、Cu-Zr中間合金和純銅塊，清洗、烘干，純銅塊為含有盲孔的圓柱狀塊體，將Cu-Zr、Cu-La中間合金和Cr粒放入圓柱形銅塊體的盲孔中；

步驟2，電弧熔煉制備Cu-Cr-Zr-La合金鑄錠：

將步驟1中填充好的銅塊放入電弧熔煉爐中，進(jìn)行熔煉，得到Cu-Cr-Zr-La合金錠；

步驟3，Cu-Cr-Zr-La合金錠熱處理：

將步驟2中得到的Cu-Cr-Zr-La合金錠放入熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，取出，機(jī)加工，即得到Cu-Cr-Zr-La合金成品。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中Cu-La中間合金中La的含量為10～30wt.％。

步驟1中Cu-La中間合金按照以下步驟制的：稱取銅塊和鑭塊，并分別放入裝有酒精和丙酮的超聲波振蕩器中清洗10～20min，烘干；然后將銅塊和鑭塊放入電弧熔煉爐中，抽真空到1×10^-3Pa以上，通氬氣作為保護(hù)氣體，控制熔煉電流在100～150安培，反復(fù)熔煉3～4次，得到Cu-La中間合金。

步驟1中Cr粒直徑為2～3mm，純度大于99.99％。

步驟1中Cu-Zr中間合金中Zr的含量為40wt.％。

步驟2中熔煉具體為：將電弧熔煉爐抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣體，反復(fù)熔煉5～6次，每次熔煉1.5～2min。

步驟3中時(shí)效溫度為400～550℃，保溫時(shí)間為2～5小時(shí)。

步驟3得到的Cu-Cr-Zr-La合金中Cr含量在0.7wt.％～3wt.％，Zr含量為0.15wt.％，La含量在0.05wt.％～0.1wt.％，余量為Cu，以上組分含量之和為100％。

本發(fā)明的有益效果是，將稀土元素以中間合金的形式加入，有利于避免稀土的氧化，減少稀土元素的燒損。同時(shí)從宏觀上減少了氣孔、疏松縮孔等缺陷，微觀上降低了合金組織中成分偏析，提高了組織的均勻性。將鉻、銅鋯中間合金、稀土中間合金放置在提前預(yù)制好的銅塊的盲孔中，保證了較高熔點(diǎn)的金屬可以率先熔化。采用中間合金，首先能保證La在Cu-La合金中的均勻性，繼而保證在Cu-Cr-Zr-La合金中的組織均勻性。此外采用本發(fā)明方法制備的稀土銅合金，無需進(jìn)行固溶處理，節(jié)約了生產(chǎn)成本，制備的Cu-Cr-Zr-La合金在時(shí)效處理后硬度和導(dǎo)電率分別可達(dá)141.3HBW和78.6％IACS?？梢姴捎肅u-La中間合金制備稀土銅合金可以減少稀土元素的燒損，獲得組織均勻，性能優(yōu)異的合金，這一方法具有現(xiàn)實(shí)意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明制備的Cu-La中間合金的金相照片；

圖3是傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr合金的SEM照片；

圖4是本發(fā)明制備的Cu-Cr-Zr-La合金的SEM照片；

圖5本發(fā)明制備的Cu-Cr-Zr-La合金能譜分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供了一種采用Cu-La中間合金制備含稀土銅鉻鋯合金的方法，其流程如圖1所示，具體按以下步驟實(shí)施：

步驟1，稱量并清洗Cu、La塊

按照所需制備Cu-La中間合金(La的含量為10～30wt.％)中Cu和La的含量要求，稱取銅塊和鑭塊。將銅塊和鑭塊(從煤油中取出并用丙酮清洗干凈)分別放入裝有酒精和丙酮的超聲波振蕩器中清洗10～20min，最后放入真空干燥箱中烘干備用。

步驟2，制備Cu-La中間合金

將步驟1中準(zhǔn)備好的銅塊和鑭塊放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣體，控制熔煉電流在100～150安培，反復(fù)熔煉3～4次，得到Cu-La中間合金。

步驟3，稱量并清洗原材料

將步驟2制得的Cu-La中間合金、純鉻(鉻粒大小為2～3mm，純度大于99.99％)、Cu-40％Zr中間合金和純銅塊(采用含有盲孔的圓柱狀塊體)用裝有酒精的超聲波振蕩器清洗20～25min，稱量所需的原材料的質(zhì)量。并將Cu-Zr、Cu-La中間合金和Cr粒放入圓柱形銅塊體的盲孔中。

步驟4，電弧熔煉Cu-Cr-Zr-La合金

將步驟3中的原材料放入電弧熔煉爐中，抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣體，反復(fù)熔煉5～6次，每次熔煉1.5～2min，隨后關(guān)閉電弧熔煉爐，取出快速熔鑄好的合金錠。

步驟5，Cu-Cr-Zr-La合金的熱處理

將步驟4中制備的合金錠放入熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400～550℃并保溫2～5小時(shí)后隨爐冷卻。最后取出合金錠進(jìn)行機(jī)加工成成品。

制得的Cu-Cr-Zr-La合金中Cr含量在0.7wt.％～3wt.％，Zr含量為0.15wt.％，La含量在0.05wt.％～0.1wt.％，余量為Cu，以上組分含量之和為100％。

將稀土元素以中間合金的形式加入，有利于避免稀土的氧化，減少稀土元素的燒損。同時(shí)從宏觀上減少了氣孔、疏松縮孔等缺陷，微觀上降低了合金組織中成分偏析，提高了組織的均勻性。將鉻、銅鋯中間合金、稀土中間合金放置在提前預(yù)制好的銅塊的盲孔中，保證了較高熔點(diǎn)的金屬可以率先熔化。采用中間合金，首先能保證La在Cu-La合金中的均勻性，繼而保證在Cu-Cr-Zr-La合金中的組織均勻性。

實(shí)施例1

制備目標(biāo)成分為Cu-0.7Cr-0.15Zr-0.05La的合金錠。

步驟1，稱量并清洗Cu、La塊

以純銅和鑭塊為原料，制備Cu-10％La中間合金。將銅塊和鑭塊先后放入裝有丙酮和酒精的超聲波振蕩器中清洗10min，最后放入真空干燥箱中烘干備用。計(jì)算并稱取相應(yīng)質(zhì)量的La塊和Cu塊。

步驟2，制備Cu-10％La中間合金

將步驟1中準(zhǔn)備好的Cu塊和鑭塊放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa，然后通氬氣作為保護(hù)氣體。為減少稀土元素的燒損，將熔煉電流控制在100安培，待合金充分混合后將合金塊翻轉(zhuǎn)再次熔煉，如此反復(fù)熔煉3次，得到Cu-10％La中間合金。

步驟3，稱量并清洗原材料

將Cr粒、Cu-40％Zr中間合金、純銅(采用含有盲孔的圓柱狀塊體)和步驟2制得的Cu-10％La中間合金用裝有酒精的超聲波振蕩器清洗20min，計(jì)算并稱量所需的原材料的質(zhì)量。將原材料Cu-40％Zr、Cu-10％La中間合金和Cr粒放入圓柱形銅塊體的盲孔中。

步驟4，電弧熔煉Cu-Cr-Zr-La合金

將步驟3中的整體放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣。將合金反復(fù)熔煉6次，每次熔煉1.5min，隨后關(guān)閉電弧熔煉爐，取出快速熔鑄好的合金錠。

步驟5，Cu-Cr-Zr-La合金的熱處理

將步驟4中制備的合金錠放入熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為450℃并保溫4小時(shí)后隨爐冷卻。最后取出合金錠進(jìn)行機(jī)加工成成品。

實(shí)施例2

制備目標(biāo)成分為Cu-1.2Cr-0.15Zr-0.1La的合金錠。

步驟1，稱量并清洗Cu、La塊

以純銅和鑭塊為原料，制備Cu-20％La中間合金。將銅塊和鑭塊先后放入裝有丙酮和酒精的超聲波振蕩器中清洗15min，最后放入真空干燥箱中烘干備用。計(jì)算并稱取相應(yīng)質(zhì)量的La塊和Cu塊。

步驟2，制備Cu-20％La中間合金

將步驟1中準(zhǔn)備好的Cu塊和鑭塊放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣體。為減少稀土元素的燒損，將熔煉電流控制在150安培，待合金充分混合后將合金塊翻轉(zhuǎn)再次熔煉，如此反復(fù)熔煉3次，得到Cu-20％La中間合金。

步驟3，稱量并清洗原材料

將Cr粒、Cu-40％Zr中間合金、純銅(采用含有盲孔的圓柱狀塊體)和步驟2制得的Cu-20％La中間合金用裝有酒精的超聲波振蕩器清洗22min，計(jì)算并稱量所需的原材料的質(zhì)量。將原材料Cu-40％Zr、Cu-20％La中間合金和Cr粒放入圓柱形銅塊體的盲孔中。

步驟4，電弧熔煉Cu-Cr-Zr-La合金

將步驟3中的整體放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣。將合金反復(fù)熔煉5次，每次熔煉2min，隨后關(guān)閉電弧熔煉爐，取出快速熔鑄好的合金錠。

步驟5，Cu-Cr-Zr-La合金的熱處理

將步驟4中制備的合金錠放入熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為550℃并保溫2小時(shí)后隨爐冷卻。最后取出合金錠進(jìn)行機(jī)加工成成品。

實(shí)施例3

制備目標(biāo)成分為Cu-3Cr-0.15Zr-0.08La的合金錠。

步驟1，稱量并清洗Cu、La塊

以純銅和鑭塊為原料，制備Cu-30％La中間合金。將銅塊和鑭塊先后放入裝有丙酮和酒精的超聲波振蕩器中清洗20min，最后放入真空干燥箱中烘干備用。計(jì)算并稱取相應(yīng)質(zhì)量的La塊和Cu塊。

步驟2，制備Cu-30％La中間合金

將步驟1中準(zhǔn)備好的Cu塊和鑭塊放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3Pa以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣體。為減少稀土元素的燒損，將熔煉電流控制在120安培，待合金充分混合后將合金塊翻轉(zhuǎn)再次熔煉，如此反復(fù)熔煉4次，得到Cu-30％La中間合金。

步驟3，稱量并清洗原材料

將Cr粒、Cu-40％Zr中間合金、純銅(采用含有盲孔的圓柱狀塊體)和步驟2制得的Cu-30％La中間合金用裝有酒精的超聲波振蕩器清洗25min，計(jì)算并稱量所需的原材料的質(zhì)量。將原材料Cu-40％Zr、Cu-30％La中間合金和Cr粒放入圓柱形銅塊體的盲孔中。

步驟4，電弧熔煉Cu-Cr-Zr-La合金

將步驟3中的整體放入電弧熔煉爐中，先抽真空到1×10^-3以上，然后通氬氣作為保護(hù)氣。將合金反復(fù)熔煉4次，每次熔煉2min，隨后關(guān)閉電弧熔煉爐，取出快速熔鑄好的合金錠。

步驟5，Cu-Cr-Zr-La合金的熱處理

將步驟4中制備的合金錠放入熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400℃并保溫5小時(shí)后隨爐冷卻。最后取出合金錠進(jìn)行機(jī)加工成成品。

通過以上實(shí)施例中的制備工藝制備出稀土銅合金進(jìn)行宏觀形貌結(jié)合SEM分析，研究結(jié)果如下所述：

采用Cu-La中間合金制備稀土銅合金，必須首先保證中間合金中La的均勻性，繼而保證在稀土Cu-Cr-Zr合金中稀土成分的準(zhǔn)確性和組織均勻性。實(shí)施例2制備的Cu-La中間合金組織如圖2所示，可以看出，合金組織分布均勻，可用于后續(xù)合金的制備。圖3、圖4分別是傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr合金和本發(fā)明制備的Cu-Cr-Zr-La合金的SEM照片，對(duì)比看出，采用本發(fā)明方法制備的合金組織均勻，晶界細(xì)小。如圖5是實(shí)施例1制得的Cu-0.7Cr-0.15Zr-0.05La合金的能譜分析圖，A區(qū)域?yàn)榫Ы缣帲赡茏V分析結(jié)果可以看出，La主要在晶界分布，B區(qū)域?yàn)楹辖鸬幕w，其中各元素的重量百分比為Cu：99.19％，Cr：0.65％，Zr：0.13％，La：0.03％與設(shè)定的成分的含量基本接近，元素的燒損較少。

表1 Cu-0.7Cr-0.15Zr-0.05La合金的能譜分析結(jié)果

采用本發(fā)明方法制備的稀土銅合金，無需進(jìn)行固溶處理，節(jié)約了生產(chǎn)成本，制備的Cu-Cr-Zr-La合金在時(shí)效處理后硬度和導(dǎo)電率分別可達(dá)141.3HBW和78.6％IACS?？梢姴捎肅u-La中間合金制備稀土銅合金可以減少稀土元素的燒損，獲得組織均勻，性能優(yōu)異的合金，這一方法具有現(xiàn)實(shí)意義。