CN110484762B - 一种电机转子用铜铁合金材料的方法 - Google Patents

一种电机转子用铜铁合金材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110484762B
CN110484762B CN201910832745.7A CN201910832745A CN110484762B CN 110484762 B CN110484762 B CN 110484762B CN 201910832745 A CN201910832745 A CN 201910832745A CN 110484762 B CN110484762 B CN 110484762B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
temperature
iron
furnace
plasma sintering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910832745.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110484762A (zh
Inventor
武旭红
王文斌
王小军
周斌
梁建斌
张石松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Original Assignee
Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd filed Critical Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority to CN201910832745.7A priority Critical patent/CN110484762B/zh
Publication of CN110484762A publication Critical patent/CN110484762A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110484762B publication Critical patent/CN110484762B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/10Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying using centrifugal force
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425Copper-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073Shielding materials
    • H05K9/0081Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B22F2003/1051Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电机转子用铜铁合金材料的方法,属于有色金属材料制造技术领域。主要包括以下步骤:(1)配料;(2)真空感应熔炼;(3)机械离心雾化;(4)放电等离子烧结;(5)时效处理;本发明通过选用纯度高的Cu、Fe原料,且添加的银有良好的导电性,同时铁、硅与铜的固溶度小,对铜棒的导电和导热性能影响极小,其固溶度不会随着温度的改变而改变,因此,Cu、Fe组成的合金具有高导电性能;通过机械离心雾化的方式使Cu‑Fe合金雾化为液滴,并通过低温高纯氩气使雾化液滴快速冷凝,能够增加合金液滴的冷却速率,克服合金的宏观偏析,进一步增加合金电磁屏蔽性能。

Description

一种电机转子用铜铁合金材料的方法
技术领域
本发明属于有色金属材料制造技术领域,具体涉及一种电机转子用铜铁合金材料的方法。
背景技术
随着经济的高速发展,人类对能源的依赖程度日益严重,对能源的需求量也不断增脏,因此,也出现了一些人类不可避免的问题,如能源浪费、资源短缺以及环境污染等诸多问题,严重威胁着人类的生存发展。当前,我国工业的能耗量约占能耗总量的70%,而由电机造成的能耗约占工业能耗总量60-70%左右,加上一些其他非工业的电机能耗量,实际电机能耗量占能量总耗的50%以上,降低电机的能耗量、提高其他能源利用效率,不仅涉及到社会经济效益,还会影响环境、生态等各个方面,因此,进一步提高电动机的使用性能、降低成本和能耗已成为国内外一些学者们研究的热点问题。目前,国内外已经有学者从电动机转子材料的选用方面出发,通过选用导电导磁性能良好的材料来降低电机启动过程中的能耗量。
研究表明,节能异步电机或高性能自起动永磁电机的转子利用Cu-Fe合金材料时,为了避免外部电磁信号对电机的干扰作用,要求Cu-Fe合金材料既要有一定的导电率,同时又具有一定的导磁率,具有电磁屏蔽功能,而铜铁合金材料中铁含量较高时,具有优异的磁阻效应,且电磁波屏蔽性能较好。
现有的铜铁合金材料随着Fe含量的增加,合金在凝固过程中极易形成偏析严重的组织,造成铜铁合金中铁相分布不均匀的,降低合金导电率和导磁率,造成电机转子的启动电流增大,启动转矩小,降低了电动机的使用性能,同时也会造成能源的无端浪费。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提供了一种电机转子用铜铁合金材料的方法。
本发明的技术方案是:一种电机转子用铜铁合金材料的方法,主要包括以下步骤:
(1)配料
Cu-Fe合金的主要化学组成及其重量百分比为:49-93%铜、0.31-0.95%硅、0.5-0.8%锰、其余为铁,其中,Cu采用电解铜板,铁采用工业纯铁,硅采用硅铁,锰采用锰铁;
(2)真空感应熔炼
将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,向真空感应炉内加入锰铁进行脱氧,然后再分别向真空感应炉中加入工业纯铁、硅铁,加热升温至1500-1800℃进行熔炼,通入浓度为99.99%的氩气进行保护,保温1-1.5h;
(3)机械离心雾化
将上述熔炼后的合金液装入碟式雾化器上,在碟式雾化器内混合后喷出形成球形液滴,向碟式雾化器内通入-90~-65℃高纯氩气,使雾化液滴快速冷凝,形成Cu-Fe合金粉体;
(4)放电等离子烧结
将上述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉中,利用放电等离子烧结炉产生的瞬时高温对Cu-Fe合金粉体烧结1-2h,最后随炉冷却开炉,得到致密度为95%-99%的合金坯料,其中,烧结压力为20-300MPa,烧结温度为800-1500℃。
(5)时效处理
将上述合金坯料在230-400℃的温度下时效处理、随炉冷却即可。
进一步地,所述Cu-Fe合金还包括的化学组分及其重量百分比为0.03-0.07%磷,0.02-0.04%银、≤0.02%硫、≤0.02%铝、≤0.1%碳。
进一步地,所述步骤(2)中进行熔炼时,向合金液中加入稀土La和Ce并进行电磁搅拌,其中,La的重量百分比≤0.03%,Ce的重量百分比≤0.02%,添加的稀土元素能够与其他元素协同作用,从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒,减少偏析的产生。
进一步地,所述步骤(4)中将Cu-Fe合金粉体向放电等离子烧结炉中添加时,炉内温度为800-1500℃,首先将Cu-Fe合金粉体均分为3-5份,并第一份Cu-Fe合金粉体加入放电等离子烧结炉中,以180-220r/min的速率进行搅拌,然后依次搅拌添加剩余组份的Cu-Fe合金粉体,且每份合金的搅拌速率以35r/min依次增加,且每份Cu-Fe合金粉体的搅拌时间均为30-35min,当所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后即可,通过对Cu-Fe合金粉体分批次添加,使烧结后的Cu-Fe合金坯料的内部温度和组织均匀,调高制备的Cu-Fe合金的综合质量。
进一步地,所述步骤(2)中对工业纯铁和电解铜板熔炼之前进行表面预处理,具体处理流程为:利用去离子水将工业纯铁和电解铜板表面分别进行清洗,将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别加入丙酮溶液中,利用功率6-8KW,频率为65-85kHz的超声波对工业纯铁和电解铜板分别表面进行清洗20-30min,然后将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别放入烘干箱体内干燥,利用钢砂对工业纯铁和电解铜板表面进行喷砂粗化处理,最后,将氮化硼复合微粉采用超音速火焰喷涂法喷涂在铜结晶器表面形成耐磨涂层即可,一方面除去工业纯铁和电解铜板表面杂质,避免杂质影响制备的合金的纯度;另一方面,通过喷涂耐磨涂层延长了增加合金的耐磨性,延长合金的使用寿命。
进一步地,所述步骤(3)形成Cu-Fe合金粉体的粒径为20-80μm,氧含量小于300ppm,通过机械离心雾化的方式制备Cu-Fe合金粉体,并通入-90~-65℃高纯氩气进行冷却,这种方式能够增加合金冷却速率,减少偏析,克服了用于电磁屏蔽的铜铁合金Fe含量较高极易产生宏观偏析的问题,使制备的铜铁合金在具有较好的电磁屏蔽功能的基础上,不易产生偏析现象。
进一步地,所述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉前需进行预热,具体预热方式为:首先,向放电等离子烧结炉内充入流速为0.3-9L/min的氮气15-20min,然后,将放电离子烧结炉的温度升至300-400℃,将按照上述方式均分后的Cu-Fe合金粉体缓慢加入放电等离子烧结炉内,待所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后,以60-80℃的升温速率将温度升至800-1500℃即可,通过对上述方式对Cu-Fe合金粉体进行预热,避免直接升高至反应温度,造成Cu-Fe合金粉体产生部分烧损现象。
进一步地,所述步骤(5)中冷却方式采用双重冷却方式,具体为:将制备的合金放入冷却液中进行循环冷却,冷却时间为2-3h,待合金温度降至80℃时,排出冷却液,通入流速为15-30L/min的氩气对合金重复冷却,直至降至室温即可,其中,冷却液成分为水、盐水或油;通过双重冷却,加快冷却速率。
进一步地,所述制备的Cu-Fe合金中,Fe元素含量占5-50%,通过改变Fe的含量,提高Cu-Fe合金的导电性和导磁性,使利用本合金制备的电机转子具有较好的电磁屏蔽性能,避免外壁电磁信号对电机的干扰。
更进一步地,所述步骤(5)中采用对放电等离子烧结后的合金分阶段振动时效处理,具体为:首先,在60-80℃的温度下,利用电磁振动时效仪以1500-2000Hz的振动频率时效处理15-20h,然后,升温至100-150℃,以3000-3500Hz的振动频率时效处理13-15h,最后,升温至180-230℃,以4000-5000Hz的振动频率处理10-13h,冷却即可;通过上述时效处理方式,避免Cu-Fe合金表面出现气孔、裂纹、崩损脱落和组织不均匀等常见缺陷,降低Cu-Fe合金的含氧量,提高Cu-Fe合金的导电性能。
本发明的有益效果是:本发明提供一种电机转子用铜铁合金材料的方法,本发明具备以下的优点:
1、本发明通过在进行真空感应熔炼的过程中,向合金液中添加入稀土La和Ce,充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒,减少偏析的产生,克服了用于电磁屏蔽的铜铁合金Fe含量较高极易产生宏观偏析的问题,满足电机转子对电磁屏蔽性能的使用要求。
2、本发明通过机械离心雾化的方式使Cu-Fe合金雾化为液滴,并通过低温高纯氩气使雾化液滴快速冷凝,能够增加合金液滴的冷却速率,克服合金的宏观偏析,进一步增加合金电磁屏蔽性能,降低电机启动过程中的能耗量。
3、本发明通过放电等离子烧结的方式对合金粉末进行处理,且在烧结处理前对Cu-Fe合金粉体进行预热,避免直接升高至反应温度,造成Cu-Fe合金粉体产生部分烧损现象,影响产品的综合性能。
4、本发明通过选用纯度高的Cu、Fe原料,且添加的银有良好的导电性,同时铁、硅与铜的固溶度小,对铜棒的导电和导热性能影响极小,其固溶度不会随着温度的改变而改变,因此,Cu、Fe组成的合金具有高导电性能,提高电机提高电机的使用性能。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍,但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1所示,一种电机转子用铜铁合金材料的方法,主要包括以下步骤:
(1)配料
Cu-Fe合金的化学组成及其重量百分比为:93%铜、0.95%硅、0.8%锰、0.07%磷、0.04%银、0.02%硫、0.02%铝、0.1%碳、5%铁,其中,Cu采用电解铜板,铁采用工业纯铁,硅采用硅铁,锰采用锰铁;
(2)真空感应熔炼
将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,向真空感应炉内加入锰铁进行脱氧,再分别向真空感应炉中加入工业纯铁、硅铁,加热升温至1500℃进行熔炼,然后再加入稀土La和Ce并进行电磁搅拌,其中,La的重量百分比0.03%,Ce的重量百分比0.02%,添加的稀土元素能够与其他元素协同作用,从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒,减少偏析的产生,通入浓度为99.99%的氩气进行保护,保温1h;
(3)机械离心雾化
将上述熔炼后的合金液装入碟式雾化器上,在碟式雾化器内混合后喷出形成球形液滴,向碟式雾化器内通入-90℃高纯氩气,使雾化液滴快速冷凝,形成Cu-Fe合金粉体,Cu-Fe合金粉体的粒径为20μm,氧含量300ppm,通过机械离心雾化的方式制备Cu-Fe合金粉体,并通入-90℃高纯氩气进行冷却,这种方式能够增加合金冷却速率,减少偏析,克服了用于电磁屏蔽的铜铁合金Fe含量较高极易产生宏观偏析的问题,使制备的铜铁合金在具有较好的电磁屏蔽功能的基础上,不易产生偏析现象;
(4)放电等离子烧结
将上述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉中,利用放电等离子烧结炉产生的瞬时高温对Cu-Fe合金粉体烧结1h,最后随炉冷却开炉,得到致密度为95%的合金坯料,其中,烧结压力为20MPa,烧结温度为800℃。
(5)时效处理
将上述合金坯料在230℃的温度下时效处理、采用双重冷却方式即可,具体为:将制备的合金放入冷却液中进行循环冷却,冷却时间为2h,待合金温度降至80℃时,排出冷却液,通入流速为15L/min的氩气对合金重复冷却,直至降至室温即可,其中,冷却液成分为水、盐水或油;通过双重冷却,加快冷却速率。
实施例2
如图1所示,一种电机转子用铜铁合金材料的方法,主要包括以下步骤:
(1)配料
Cu-Fe合金的化学组成及其重量百分比为:64%铜、0.37%硅、0.5%锰、0.03%磷,0.02%银、0.015%硫、0.015%铝、0.05%碳、35%铁,其中,Cu采用电解铜板,铁采用工业纯铁,硅采用硅铁,锰采用锰铁;
(2)真空感应熔炼
将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,向真空感应炉内加入锰铁进行脱氧,再分别向真空感应炉中加入工业纯铁、硅铁,加热升温至1600℃进行熔炼,然后再加入稀土La和Ce并进行电磁搅拌,其中,La的重量百分比0.02%,Ce的重量百分比0.01%,添加的稀土元素能够与其他元素协同作用,从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒,减少偏析的产生,通入浓度为99.99%的氩气进行保护,保温1.3h;
(3)机械离心雾化
将上述熔炼后的合金液装入碟式雾化器上,在碟式雾化器内混合后喷出形成球形液滴,向碟式雾化器内通入-85℃高纯氩气,使雾化液滴快速冷凝,形成Cu-Fe合金粉体,Cu-Fe合金粉体的粒径为50μm,氧含量200ppm,通过机械离心雾化的方式制备Cu-Fe合金粉体,并通入-85℃高纯氩气进行冷却,这种方式能够增加合金冷却速率,减少偏析,克服了用于电磁屏蔽的铜铁合金Fe含量较高极易产生宏观偏析的问题,使制备的铜铁合金在具有较好的电磁屏蔽功能的基础上,不易产生偏析现象;
(4)放电等离子烧结
将上述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉中,利用放电等离子烧结炉产生的瞬时高温对Cu-Fe合金粉体烧结1.5h,最后随炉冷却开炉,得到致密度为96%的合金坯料,其中,烧结压力为150MPa,烧结温度为1200℃。
(5)时效处理
将上述合金坯料在320℃的温度下时效处理、采用双重冷却方式即可,具体为:将制备的合金放入冷却液中进行循环冷却,冷却时间为2.5h,待合金温度降至80℃时,排出冷却液,通入流速为20L/min的氩气对合金重复冷却,直至降至室温即可,其中,冷却液成分为水、盐水或油;通过双重冷却,加快冷却速率。
实施例3
如图1所示,一种电机转子用铜铁合金材料的方法,主要包括以下步骤:
(1)配料
Cu-Fe合金的化学组成及其重量百分比为:49%铜、0.31%硅、0.5%锰、0.03%磷,0.02%银、0.02%硫、0.02%铝、0.1%碳、50%铁,其中,Cu采用电解铜板,铁采用工业纯铁,硅采用硅铁,锰采用锰铁;
(2)真空感应熔炼
将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,向真空感应炉内加入锰铁进行脱氧,再分别向真空感应炉中加入工业纯铁、硅铁,加热升温至1800℃进行熔炼,然后再加入稀土La和Ce并进行电磁搅拌,其中,La的重量百分比0.01%,Ce的重量百分比0.01%,添加的稀土元素能够与其他元素协同作用,从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒,减少偏析的产生,通入浓度为99.99%的氩气进行保护,保温1.5h;
(3)机械离心雾化
将上述熔炼后的合金液装入碟式雾化器上,在碟式雾化器内混合后喷出形成球形液滴,向碟式雾化器内通入-65℃高纯氩气,使雾化液滴快速冷凝,形成Cu-Fe合金粉体,Cu-Fe合金粉体的粒径为80μm,氧含量100ppm,通过机械离心雾化的方式制备Cu-Fe合金粉体,并通入-65℃高纯氩气进行冷却,这种方式能够增加合金冷却速率,减少偏析,克服了用于电磁屏蔽的铜铁合金Fe含量较高极易产生宏观偏析的问题,使制备的铜铁合金在具有较好的电磁屏蔽功能的基础上,不易产生偏析现象;
(4)放电等离子烧结
将上述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉中,利用放电等离子烧结炉产生的瞬时高温对Cu-Fe合金粉体烧结2h,最后随炉冷却开炉,得到致密度为99%的合金坯料,其中,烧结压力为300MPa,烧结温度为1500℃。
(5)时效处理
将上述合金坯料在400℃的温度下时效处理、采用双重冷却方式即可,具体为:将制备的合金放入冷却液中进行循环冷却,冷却时间为3h,待合金温度降至80℃时,排出冷却液,通入流速为30L/min的氩气对合金重复冷却,直至降至室温即可,其中,冷却液成分为水、盐水或油;通过双重冷却,加快冷却速率。
实施例4
实施例4与实施例3基本相同,不同之处在于:
所述步骤(4)中将Cu-Fe合金粉体向放电等离子烧结炉中添加时,炉内温度为1500℃,首先将Cu-Fe合金粉体均分为5份,并第一份Cu-Fe合金粉体加入放电等离子烧结炉中,以220r/min的速率进行搅拌,然后依次搅拌添加剩余组份的Cu-Fe合金粉体,且每份合金的搅拌速率以35r/min依次增加,且每份Cu-Fe合金粉体的搅拌时间均为35min,当所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后即可,通过对Cu-Fe合金粉体分批次添加,使烧结后的Cu-Fe合金坯料的内部温度和组织均匀,调高制备的Cu-Fe合金的综合质量。
实施例5
实施例5与实施例4基本相同,不同之处在于:
所述步骤(2)中对工业纯铁和电解铜板熔炼之前进行表面预处理,具体处理流程为:利用去离子水将工业纯铁和电解铜板表面分别进行清洗,将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别加入丙酮溶液中,利用功率8KW,频率为85kHz的超声波对工业纯铁和电解铜板分别表面进行清洗30min,然后将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别放入烘干箱体内干燥,利用钢砂对工业纯铁和电解铜板表面进行喷砂粗化处理,最后,将氮化硼复合微粉采用超音速火焰喷涂法喷涂在铜结晶器表面形成耐磨涂层即可,一方面除去工业纯铁和电解铜板表面杂质,避免杂质影响制备的合金的纯度;另一方面,通过喷涂耐磨涂层延长了增加合金的耐磨性,延长合金的使用寿命。
实施例6
实施例6与实施例5基本相同,不同之处在于:
所述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉前需进行预热,具体预热方式为:首先,向放电等离子烧结炉内充入流速为9L/min的氮气20min,然后,将放电离子烧结炉的温度升至400℃,将按照上述方式均分后的Cu-Fe合金粉体缓慢加入放电等离子烧结炉内,待所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后,以80℃的升温速率将温度升至1500℃即可,通过对上述方式对Cu-Fe合金粉体进行预热,避免直接升高至反应温度,造成Cu-Fe合金粉体产生部分烧损现象。
实施例7
实施例7与实施例6基本相同,不同之处在于:
采用对放电等离子烧结后的合金分阶段振动时效处理,具体为:首先,在80℃的温度下,利用电磁振动时效仪以2000Hz的振动频率时效处理20h,然后,升温至150℃,以3500Hz的振动频率时效处理15h,最后,升温至230℃,以5000Hz的振动频率处理13h,冷却即可;通过上述时效处理方式,避免Cu-Fe合金表面出现气孔、裂纹、崩损脱落和组织不均匀等常见缺陷,降低Cu-Fe合金的含氧量,提高Cu-Fe合金的导电性能。
试验例
按本发明的实施例1-7所制备出的电机转子用铜铁合金材料相关性能参数如表1所示:
表1:电机转子用铜铁合金材料
Figure GDA0002830721030000101
Figure GDA0002830721030000111
由表1可得出,CuFe5的导电率为3.15×106S/m、相对磁导率为51μr;CuFe25的导电率为3.23×106S/m、相对磁导率为56μr;CuFe50的导电率为3.36×106S/m、相对磁导率为65μr,本发明制备的用于电机转子的铜铁合金材料中,铜铁合金材料导电率平均值为3.25×106S/m,相对磁导率的平均值为57.3μr,由此可知,利用本发明制备的铜铁合金具有较高的导电率和相对磁导率,使电机转子具有较好的电磁屏蔽性能,降低电机启动过程中的能耗量。

Claims (9)

1.一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)配料
Cu-Fe合金的主要化学组成及其重量百分比为:49-93%铜、0.31-0.95%硅、0.5-0.8%锰、其余为铁,其中,Cu采用电解铜板,铁采用工业纯铁,硅采用硅铁,锰采用锰铁;
(2)真空感应熔炼
将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,向真空感应炉内加入锰铁进行脱氧,然后再分别向真空感应炉中加入工业纯铁、硅铁,加热升温至1500-1800℃进行熔炼,通入浓度为99.99%的氩气进行保护,保温1-1.5h;
(3)机械离心雾化
将上述熔炼后的合金液装入碟式雾化器上,在碟式雾化器内混合后喷出形成球形液滴,向碟式雾化器内通入-90~-65℃高纯氩气,使雾化液滴快速冷凝,形成Cu-Fe合金粉体;
(4)放电等离子烧结
将上述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉中,利用放电等离子烧结炉产生的瞬时高温对Cu-Fe合金粉体烧结1-2h,最后随炉冷却开炉,得到致密度为95%-99%的合金坯料,其中,烧结压力为20-300MPa,烧结温度为800-1500℃;
(5)时效处理
将上述合金坯料在230-400℃的温度下时效处理、随炉冷却即可。
2.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述Cu-Fe合金还包括的化学组分及其重量百分比为0.03-0.07%磷,0.02-0.04%银、≤0.02%硫、≤0.02%铝、≤0.1%碳。
3.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述步骤(2)中进行熔炼时,向合金液中加入稀土La和Ce并进行电磁搅拌,其中,La的重量百分比≤0.03%,Ce的重量百分比≤0.02%。
4.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述步骤(4)中将Cu-Fe合金粉体向放电等离子烧结炉中添加时,炉内温度为800-1500℃,首先将Cu-Fe合金粉体均分为3-5份,并第一份Cu-Fe合金粉体加入放电等离子烧结炉中,以180-220r/min的速率进行搅拌,然后依次搅拌添加剩余组份的Cu-Fe合金粉体,且每份合金的搅拌速率以35r/min依次增加,且每份Cu-Fe合金粉体的搅拌时间均为30-35min,当所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后即可。
5.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述步骤(2)中对工业纯铁和电解铜板熔炼之前进行表面预处理,具体处理流程为:利用去离子水将工业纯铁和电解铜板表面分别进行清洗,将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别加入丙酮溶液中,利用功率6-8KW,频率为65-85kHz的超声波对工业纯铁和电解铜板分别表面进行清洗20-30min,然后将清洗后的工业纯铁和电解铜板分别放入烘干箱体内干燥,利用钢砂对工业纯铁和电解铜板表面进行喷砂粗化处理。
6.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述步骤(3)形成Cu-Fe合金粉体的粒径为20-80μm,氧含量小于300ppm。
7.根据权利要求1或4所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述Cu-Fe合金粉体放入放电等离子烧结炉前需进行预热,具体预热方式为:首先,向放电等离子烧结炉内充入流速为0.3-9L/min的氮气15-20min,然后,将放电离子烧结炉的温度升至300-400℃,将按照上述方式均分后的Cu-Fe合金粉体缓慢加入放电等离子烧结炉内,待所有Cu-Fe合金粉体全部添加至放电等离子烧结炉内后,以60-80℃的升温速率将温度升至800-1500℃即可。
8.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述步骤(5)中冷却方式采用双重冷却方式,具体为:将制备的合金放入冷却液中进行循环冷却,冷却时间为2-3h,待合金温度降至80℃时,排出冷却液,通入流速为15-30L/min的氩气对合金重复冷却,直至降至室温即可。
9.根据权利要求1所述的一种电机转子用铜铁合金材料的方法,其特征在于,所述制备的Cu-Fe合金中,Fe元素含量占5-50%。
CN201910832745.7A 2019-09-04 2019-09-04 一种电机转子用铜铁合金材料的方法 Active CN110484762B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832745.7A CN110484762B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种电机转子用铜铁合金材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832745.7A CN110484762B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种电机转子用铜铁合金材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110484762A CN110484762A (zh) 2019-11-22
CN110484762B true CN110484762B (zh) 2021-04-09

Family

ID=68556432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910832745.7A Active CN110484762B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种电机转子用铜铁合金材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110484762B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111020098B (zh) * 2019-12-17 2021-09-21 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种高纯电磁纯铁的制备方法
CN111687424B (zh) * 2020-05-19 2023-09-08 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种铜铁合金粉末的制备方法及应用
CN111621664A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 一种放电等离子烧结制备铜铁合金的方法
CN111822710B (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种SLM式3D打印CuFe合金的制备方法
CN113337741B (zh) * 2021-04-09 2022-01-28 陕西斯瑞新材料股份有限公司 利用Cr粉等离子辅助真空感应熔炼制备CuCr合金的方法
CN114000008B (zh) * 2021-09-29 2022-06-24 宁波兴业盛泰集团有限公司 一种亚稳态难混溶铜铁合金及其制备方法
CN114289725B (zh) * 2021-12-02 2022-09-27 北京科技大学 一种高强高导高耐磨粉末冶金铜铁合金的制备方法
CN115041689B (zh) * 2022-05-27 2024-03-15 鞍钢股份有限公司 一种低卫星球金属粉末的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55115937A (en) * 1979-03-02 1980-09-06 Furukawa Electric Co Ltd:The High-tensile electrically-conductive copper alloy
JPH05105976A (ja) * 1991-10-16 1993-04-27 Kobe Steel Ltd 鉄含有銅合金の製造方法
CN1080962A (zh) * 1993-05-12 1994-01-19 海安县铜材厂 稀土铜铁合金及其制造方法
JP2005008906A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Jfe Steel Kk 高周波磁気特性の優れた高強度無方向性電磁鋼板
CN102134678A (zh) * 2011-02-25 2011-07-27 华北电力大学 一种用于新型节能电机的铜铁合金材料及其制备方法
CN108251684A (zh) * 2018-01-16 2018-07-06 中南大学 一种高导电高强铜铁合金及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55115937A (en) * 1979-03-02 1980-09-06 Furukawa Electric Co Ltd:The High-tensile electrically-conductive copper alloy
JPH05105976A (ja) * 1991-10-16 1993-04-27 Kobe Steel Ltd 鉄含有銅合金の製造方法
CN1080962A (zh) * 1993-05-12 1994-01-19 海安县铜材厂 稀土铜铁合金及其制造方法
JP2005008906A (ja) * 2003-06-16 2005-01-13 Jfe Steel Kk 高周波磁気特性の優れた高強度無方向性電磁鋼板
CN102134678A (zh) * 2011-02-25 2011-07-27 华北电力大学 一种用于新型节能电机的铜铁合金材料及其制备方法
CN108251684A (zh) * 2018-01-16 2018-07-06 中南大学 一种高导电高强铜铁合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110484762A (zh) 2019-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110484762B (zh) 一种电机转子用铜铁合金材料的方法
CN107275025A (zh) 一种含铈钕铁硼磁钢及制造方法
CN108538530B (zh) 一种Nd2Fe14B/Al复合材料的制备方法及应用
CN110714156B (zh) 一种轻质高强耐蚀高熵合金及其制备方法
CN102534294A (zh) 一种微型含油轴承用低松比铜锡合金粉的制备方法
CN101121972A (zh) 一种Mo-Cu复合材料的制备方法
CN113265627B (zh) 一种镍铁铜钼合金靶材的制备方法
CN107557609A (zh) 一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法
CN103602920A (zh) 一种轴承钢和耐磨轴承的制造工艺方法
CN101457322A (zh) TiAl基增压器涡轮及其制造方法
CN112481519B (zh) 一种高阻尼CuAlMn形状记忆合金的制备方法
CN106544570A (zh) 一种高密度无磁钢平衡块零件及其制备方法
CN110273081A (zh) 一种Cu-Fe-Ti导电合金及其制备方法
CN113862544A (zh) 一种高熵合金吸波材料及其制备方法
CN103537688B (zh) 一种用纳米粉体制备Fe-Al合金的方法
CN104575902A (zh) 一种添加铈的钕铁硼磁体及其制备方法
CN111151764A (zh) 一种基于VIGA工艺制备CuNiSi球形粉的方法
CN115044794A (zh) 一种具有优异性能的Cu-(Y2O3-HfO2)合金及其制备方法
CN107201461A (zh) 一种高强高塑双相协同析出型铜合金材料及其制备方法
CN109207762A (zh) 一种以微波烧结制备钨钼铜复合材料的方法
CN114864264A (zh) 一种低重稀土高矫顽力稀土钕铁硼永磁体的制备工艺
CN112410597B (zh) 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法
CN106086493B (zh) 一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法
CN107119203A (zh) 一种制备Yb、La和SiC复合变质A356.2合金的方法
CN111180190A (zh) 一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant