CN101343701A - 一种铜锡锆中间合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于金属材料领域的一种铜锡锆中间合金的制备方法：按重量百分比锡5％～10％、锆1％～5％，铜85％～94％称取原料；在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1100～1200℃至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；水冷铜模直接浇铸成铸锭，制得铜锡锆中间合金。本发明的方法能使锆的烧损大大减少，锡由于是在浇铸前才加入的，烧损及挥发也较少，对环境污染也小，合金比例容易控制，且铜氧化程度少，仅铸件外表面呈黑色，打磨后呈亮铜色，内部无明显缺陷，特别适合于规模生产与应用。

Description

一种铜锡锆中间合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种铜锡锆中间合金及其制备方法。

背景技术

随着高速列车的不断提速，高速铁路用导线既要提供高速列车所需的动力、照明和空调等用电能，又要承受较大的轴向拉力，所以随着列车的高速运行，要求接触线具有良好的抗拉强度和导电性，因此高速铁路用导线材料也不断向着高强高导的方向发展。

高速铁路导线用铜合金材料的发展从高导电型的纯铜导线，Cu-Ag合金导线，发展到Cu-Sn合金。纯铜及Cu-Ag合金导线在国内已经实现了产业化的生产，但这两种导线的强度远远达不到高速列车的需求。对于Cu-Sn合金导线，我国已列入行业标准的Cu-Sn接触线，抗拉强度接近Cu-Ag接触线，但电导率稍低(70％IACS)，根据工程中接触网设计的具体要求，可用于时速在200km以下的接触网中。现在法国在时速为300km～350km的接触网中研制和试用的铜锡-120接触线，常温下铜锡-120接触线的抗拉强度和电导率分别为410MPa和70％IACS。随着高速列车速度的进一步提高，需要更高强度及导电性能的合金导线与之匹配，从材质提高的可能性上看，对于Cu-Sn合金，大幅度提高其强度，又要保持、甚至提高电导率，必须进行其他合金元素的添加。目前铜锡锆合金是在Cu-Sn系列合金基础上提出的一种新型接触线合金材料，Zr的加入可以大幅度提高合金的强度，并且通过合理的加工工艺，不仅其导电性能不会降低，还可能出现小幅度升高。其性能远远优于Cu-Ag及Cu-Sn合金，能够适应目前高速铁路的发展需求。但由于Zr元素在空气中进行熔炼的时候极其易氧化，锆的熔点为1852℃，远高于铜的熔点，但其在高温下的氧化速度很快。锡的熔点为232℃，远低于铜的熔点，在铜熔点以上的高温下极易挥发及烧损，因此，这两种合金元素均很难以单质的形式加入铜熔体中，必须先做成中间合金后，再把中间合金加入到熔融的铜中形成需要的合金铸锭。因此，中间合金的质量是Cu-Sn-Zr合金制备过程中的一个关键的问题。

通常的进行Cu-Zr或Cu-Sn合金的制备方法都是通过先将铜熔化，再采用过量添加Zr或Sn的方法将合金元素加入到熔融铜液中，搅拌均匀后进行浇铸成形，随后进行收得率的计算来反馈到下一次的合金制备中，这类方法制得的铜锡锆中间合金中铜氧化严重，合金元素Zr及Sn的烧损大，尤其对于直接制备合金接触导线来讲，比例非常难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锡锆中间合金及其制备方法。为实现所述目的本发明所采用的技术方案为：

一种铜锡锆中间合金及其制备方法，包括以下步骤：

a、首先按重量百分比锡5％～10％、锆1％～5％，铜85％～94％称取原料；

b、在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1100～1200℃，至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；

c、快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；

d、水冷铜模直接浇铸成铸锭，制得铜锡锆中间合金。

本发明的铜锡锆中间合金的制备方法能使锆的烧损大大减少，锡由于是在浇铸前才加入的，烧损及挥发也较少，对环境污染也小，合金比例容易控制，且铜氧化程度少，仅铸件外表面呈黑色，打磨后呈亮铜色，内部无明显缺陷，特别适合于规模生产与应用。

具体实施方式

本发明提供一种铜锡锆中间合金及其制备方法，下面结合具体实施例作进一步详细的说明。

实施例1：

1、首先称取原料锡5千克、锆1千克、铜94千克；

2、在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1100℃，至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；

3、快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；

4、将反应物直接用水冷铜模浇铸成锭，制得铜锡锆中间合金；

按照上述配比及工艺制备的铜和中间合金，其化学成分重量百分比为：Sn：4.4％，Zr：0.8％，Cu：94.8％。

实施例2：

1、首先称取原料锡7.5千克、锆3千克、铜89.5千克；

2、在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1150℃，至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；

3、快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；

4、将反应物直接用水冷铜模浇铸成锭，制得铜锡锆中间合金。

按照上述配比及工艺制备的铜和中间合金，其化学成分重量百分比为：Sn：7.2％，Zr：2.8％，Cu：90％。

实施例3：

1、首先称取原料锡10千克、锆5千克、铜85千克；

2、在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1100℃，至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；

3、快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；

4、将反应物直接用水冷铜模浇铸成锭，制得铜锡锆中间合金；

按照上述配比及工艺制备的铜和中间合金，其化学成分重量百分比为：Sn：9.5％，Zr：4.6％，Cu：85.9％。

以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的技术人员，在权力要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种铜锡锆中间合金，其特征在于，合金化学成分的重量百分比为：锡5％～10％、锆1％～5％，铜85％～94％。

2、一种铜锡锆中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、首先按重量百分比锡5％～10％、锆1％～5％，铜85％～94％称取原料；

b、在真空熔炼炉中将称好的铜原料加热熔化，并升温至1100～1200℃，至铜完全熔化，然后调整真空度至0.5～0.8Pa，然后加入Zr后，迅速冲入氩气将压力升至0.1～0.12MPa；

c、快速加入Sn后，用石磨棒搅拌均匀；

d、水冷铜模直接浇铸成铸锭，制得铜锡锆中间合金。