CN108517433A - 一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Cu‑Cr电触头合金的凝固制备方法，属于Cu‑Cr电触头合金材料制备技术领域。采用向Cu‑Cr合金添加TiB2形核剂颗粒，当熔体冷却至发生液‑液相变时，形核剂颗粒可以作为富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu‑Cr合金复合凝固组织的形成。本发明可用于制备高质量Cu‑Cr电触头合金材料。

Description

一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法
技术领域
本发明涉及Cu-Cr电触头合金材制备技术领域，具体地说是一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法。
背景技术
Cu-Cr合金是一种重要的电触头材料。该材料要求富Cr相以粒子形式弥散分布于Cu基体中。Cu-Cr合金相图如图1所示，存在液态亚稳组元不混溶温度区间(见图1中虚线)。当均一的合金熔体冷却到液态亚稳组元不混溶温度区内时，将发生液-液相变，富Cr相液滴自熔体中沉淀析出。由于两液相间的比重差很大，液-液相变期间极易形成相偏析严重乃至两相分层的现象，因此，制备具有弥散型凝固组织的Cu-Cr电触头合金极为困难，采用传统铸造法很难得到组织均匀的合金材料，这限制了工业上用铸造技术制备Cu-Cr电触头合金。采取适当的措施，提高弥散相液滴的形核率，从而减小弥散相液滴的尺寸及迁移速度，减缓相偏析的形成速度，是制备Cu-Cr电触头合金的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法。该方法向Cu-Cr合金熔体中添加微纳米尺寸TiB2颗粒，TiB2颗粒可作为Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu-Cr合金复合凝固组织的形成。
本发明的技术方案是：
一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，该方法采用铸造技术，首先熔炼Cu-Cr合金原料，向所得Cu-Cr合金熔体中添加微纳米尺寸的TiB2颗粒作为形核剂，然后将熔体浇铸于金属模或石墨模中快速冷却。当熔体冷却至发生液-液相变时，TiB2颗粒作为富Cr相液滴的形核基底，提高富Cr相液滴的形核率，熔体凝固形成具有弥散型复合组织的Cu-Cr电触头合金。
所述TiB2颗粒的颗粒直径为0.01～20微米。
所述TiB2颗粒的加入量为Cu-Cr合金重量的0.005～0.1wt％。
所述Cu-Cr合金原料中，Cr元素含量为10～50wt％。
所述Cu-Cr合金的熔炼温度为Tc，满足Tb+100℃<Tc<1650℃，其中Tb为Cu-Cr电触头合金的平衡液-液相变温度。
所述TiB2颗粒以炉料形式添加。
所制备的Cu-Cr电触头合金中，Cr元素以粒子形式弥散分布于Cu基体中。
本发明的原理如下：
本发明通过向Cu合金添加微纳米尺寸TiB2颗粒，这些粒子可作为Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的形核基底，从而大幅度提高富Cr相液滴的形核率，促进弥散型Cu-Cr合金复合凝固组织的获得。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用异质形核技术，控制Cu-Cr合金的凝固动力学，获得Cr以粒子形式弥散分布于Cu基体的Cu-Cr合金复合材料，满足工业需求。
2、本发明尤其适合于冷却速度较快的铸造技术，如：金属型、石墨型铸造等。
附图说明
图1为Cu-Cr合金示意相图。
图2为TiB2颗粒形貌。
图3为Cu-10wt％Cr和Cu-10wt％Cr-0.05wt％TiB2合金试样的显微组织，其中：(a)未添加TiB2颗粒；(b)添加了0.05wt％TiB2。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。
图4为Cu-20wt％Cr和Cu-20wt％Cr-0.05wt％TiB2合金试样的金相显微组织，其中：(a)未添加TiB2颗粒；(b)添加了0.05wt％TiB2。图中基体为富Cu相，弥散粒子为富Cr相。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。
Cu-Cr合金凝固时极易形成偏析严重乃至两相分层的凝固组织，制备极为困难。本发明研究了TiB2颗粒对Cu-Cr合金凝固行为及组织的影响，发现微纳米尺寸的TiB2颗粒能显著提高Cu-Cr合金液-液相变过程中富Cr相液滴的异质形核率、细化凝固组织、促进弥散型凝固组织的获得。据此，本发明通过向Cu-Cr合金添加微纳米尺寸TiB2颗粒，制备弥散型Cu-Cr合金复合材料。图2所示为TiB2颗粒形貌图。用此方法制备的Cu-Cr合金组织如图3、图4所示。
实施例1
如图3所示，使用铜模铸造Cu-10wt％Cr合金和Cu-10wt％Cr-0.05wt％TiB2合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加TiB2颗粒的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加TiB2颗粒的合金试样中富Cr相以细小粒子形式存在，分布均匀。
其制备过程如下：
用电弧炉熔炼Cu-10wt％Cr合金和Cu-10wt％Cr-0.05wt％TiB2合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。
实施例2
如图4所示，使用铜模铸造Cu-20wt％Cr合金和Cu-20wt％Cr-0.05wt％TiB2合金，铜模内径为5mm，浇注前铜模温度为室温。未添加TiB2颗粒的试样中富Cr相以粗大枝晶形式存在，添加TiB2颗粒的合金试样中富Cr相以弥散粒子形式存在，分布均匀。
其制备过程如下：
用电弧炉熔炼Cu-20wt％Cr合金和Cu-20wt％Cr-0.05wt％TiB2合金，升温至1600℃并保温2分钟后将熔体注入铜模。

Claims (6)

1.一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：该方法采用铸造技术，首先熔炼Cu-Cr合金原料，向所得Cu-Cr合金熔体中添加微纳米尺寸的TiB2颗粒作为形核剂，当含有TiB2颗粒的Cu-Cr合金熔体冷却至发生液-液相变时，TiB2颗粒作为富Cr相液滴的形核基底，提高富Cr相液滴的形核率；熔体凝固形成具有弥散型复合组织的Cu-Cr合金。
2.根据权利要求1所述的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述TiB2颗粒直径为0.01～20微米。
3.根据权利要求1所述的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述TiB2颗粒的加入量为Cu-Cr合金重量的0.005～0.1wt％。
4.根据权利要求1所述的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述Cu-Cr合金原料中，Cr元素含量为10～50wt％。
5.根据权利要求4所述的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：所述Cu-Cr合金原料的熔炼温度为Tc，满足Tb+100℃<Tc<1650℃，其中Tb为Cu-Cr电触头合金的平衡液-液相变温度。
6.根据权利要求1-5任一所述的Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法，其特征在于：该Cu-Cr电触头合金中，Cr以粒子形式弥散分布于Cu基体中。
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