CN102423805A - 一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法，按照质量百分比称取铜块铬块，利用中频感应熔炼炉将铜块熔化，将铬块加入熔融铜液中，随后加入一定量的造渣剂和覆盖剂，待铜铬充分混合后，以高纯的氮气为雾化气体尽兴雾化，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中冷却凝固，即制成。通过该方法制备的CuCr合金粉末是一种过饱和固溶体，且其凝固组织细化，减少了Cr相成分偏析，Cr均匀地分布在基体上，解决了机械合金化引入杂质的问题，易于进行粉末烧结。

Description

一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法。
背景技术
目前人们广泛采用机械合金化法制备具有高强度高导电率的CuCr合金材料，机械合金化法是铜粉与铬粉高能球磨，通过高能球磨提高了Cr在Cu中的固溶度，使Cu和Cr形成过饱和固溶体，而后将形成的CuCr合金粉末固结成形烧结。但是在球磨粉末过程中不可避免地引入了杂质，杂质的存在会对粉末的压制及烧结产生不良影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法，解决了目前CuCr合金材料制备方法会引入杂质的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法，该方法按照以下步骤实施：
步骤1，原材料称取
按照质量百分比称取99～95％的Cu块和1～5％的Cr颗粒，Cu和Cr的质量百分比之和为100％；
步骤2，熔炼
先对中频感应炉进行烘炉，然后将步骤1称取的Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为200～240KW，频率为1000～1200Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入步骤1称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂，得到CuCr合金熔体；
步骤3，雾化
继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1200～1400℃，保温5～10min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
本发明的特点还在于，
步骤1中称取的Cr颗粒的粒度为1～4mm。
步骤2中造渣剂为氟锆酸钾。
步骤2中造渣剂的加入量为Cu质量的1～2％。
步骤2中覆盖剂为木炭或鳞片石墨中的一种。
步骤2中覆盖剂须将熔体表面全部覆盖，若覆盖剂为木炭，覆盖厚度为4～6mm；若覆盖剂为鳞片石墨，覆盖厚度为2～3mm。
步骤3雾化装置中的雾化气体为N2，雾化压强为3～5MPa。
本发明的有益效果是，通过该方法制备的CuCr合金粉末是一种过饱和固溶体，且其凝固组织细化，减少了Cr相成分偏析，Cr均匀地分布在基体上，解决了机械合金化引入杂质的问题，易于进行粉末烧结。
附图说明
图1是本发明的方法制备的CuCr合金粉末表面形貌照片；
图2为本发明制备方法得到的CuCr合金粉末的能谱分析；
图3为本发明制备方法得到的CuCr合金粉末的面扫描元素分布照片，a图为Cu元素的分布状态，b图为Cr元素的分布状态。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法，采用气体雾化技术来制备CuCr合金粉末，该方法按照以下步骤实施：
步骤1，原材料称取
按照质量百分比称取99～95％的Cu块和1～5％的Cr颗粒，Cu和Cr的质量百分比之和为100％，Cr颗粒的粒度为1～4mm；
步骤2，熔炼
先对中频感应炉进行烘炉，然后将步骤1称取的Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为200～240KW，频率为1000～1200Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入步骤1称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的1～2％；覆盖剂为木炭或鳞片石墨中的一种；其中覆盖剂须将熔体表面全部覆盖，若覆盖剂为木炭，覆盖厚度为4～6mm；若覆盖剂为鳞片石墨，覆盖厚度为2～3mm。
步骤3，雾化
继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1200～1400℃，保温5～10min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为3～5MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例1
按照质量百分比称取97％的Cu块和3％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为240KW，频率为1100Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的1％；覆盖剂为木炭，木炭须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为4mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1300℃，保温5min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为5MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例2
按照质量百分比称取99％的Cu块和1％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为230KW，频率为1000Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的2％；覆盖剂为木炭，木炭须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为6mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1200℃，保温8min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为4MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例3
按照质量百分比称取95％的Cu块和5％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为200KW，频率为1200Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的1.5％；覆盖剂为木炭，木炭须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为5mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1400℃，保温10min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为3MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例4
按照质量百分比称取97％的Cu块和3％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为240KW，频率为1100Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入步骤1称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的1％；覆盖剂为鳞片石墨，鳞片石墨须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为3mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1300℃，保温5min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为5MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例5
按照质量百分比称取99％的Cu块和1％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为230KW，频率为1000Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的2％；覆盖剂为鳞片石墨，鳞片石墨须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为2mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1200℃，保温8min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为4MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
实施例6
按照质量百分比称取95％的Cu块和5％的Cr颗粒，Cr颗粒的粒度为1～4mm；将Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为200KW，频率为1200Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂。造渣剂为氟锆酸钾，加入量为Cu质量的1.5％；覆盖剂为鳞片石墨，鳞片石墨须将熔体表面全部覆盖，覆盖厚度为2.5mm。继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1400℃，保温10min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，雾化气体为N2，雾化压强为3MPa，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
图1为采用本发明方法制备得到的CuCr合金粉末显微形貌照片。从图中看出粉末颗粒大部分成球形或类球形且表面光滑。图2为能谱分析图，从图中可以看出，粉末中存在着铬元素，且铬的质量分数为2.73％，经化学分析测得Cr含量一致。图3为CuCr合金粉末的面扫描照片，其中a图为Cu元素的分布状态，b图为Cr元素的分布状态，从图中可以看出，铬元素均匀弥散分布在粉末中。
本发明是在大气环境下进行熔炼雾化制备CuCr合金粉末，避免了真空熔炼所需复杂的设备，雾化设备的喷嘴工作十分稳定，-150至+300目粒度范围内合金粉末的出粉率可达85％以上。合金粉末多为球形或类球形，表面光洁粒度分布均匀，粉末的晶粒细小，成分均匀，解决了机械合金化引入杂质的问题，易于进行粉末烧结，制备高性能的高强高导材料，有利于开发CuCr合金的应用。采用本方法制备CuCr合金粉末避免了杂质的产生，可以替代高能球磨形成的铜铬合金粉末制备CuCr合金材料。

Claims (7)

1.一种低铬含量的CuCr合金粉末的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施：
步骤1，原材料称取
按照质量百分比称取99～95％的Cu块和1～5％的Cr颗粒，Cu和Cr的质量百分比之和为100％；
步骤2，熔炼
先对中频感应炉进行烘炉，然后将步骤1称取的Cu块装在石墨坩埚中，并一同放入感应炉，调节感应炉的功率为200～240KW，频率为1000～1200Hz，快速升温至Cu的熔点，使Cu块熔化，再加入步骤1称取的Cr颗粒，然后依次加入造渣剂和覆盖剂，得到CuCr合金熔体；
步骤3，雾化
继续对中频感应炉进行升温至熔体温度到达1200～1400℃，保温5～10min，使Cu、Cr充分混合后，去除熔体表面熔渣，打开雾化装置进气阀门，将装有CuCr合金熔体的坩埚从感应炉中取出，将熔体倒入加热线包漏斗中，将雾化装置的喷嘴设置于漏斗出口处，熔体流至漏斗出口处受喷嘴喷出高速气流冲击，熔体分散成小液滴，随后坠入下方装有水的雾化桶中，冷却凝固，即制成CuCr合金粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中称取的Cr颗粒的粒度为1～4mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中造渣剂为氟锆酸钾。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤2中造渣剂的加入量为Cu质量的1～2％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中覆盖剂为木炭或鳞片石墨中的一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中覆盖剂须将熔体表面全部覆盖，若覆盖剂为木炭，覆盖厚度为4～6mm；若覆盖剂为鳞片石墨，覆盖厚度为2～3mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3雾化装置中的雾化气体为N2，雾化压强为3～5MPa。
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