CN111118357A - 铝-铜-碲合金及其制备方法 - Google Patents

铝-铜-碲合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了铝‑铜‑碲合金及其制备方法，所述铝‑铜‑碲合金由质量分数3.0～5.0％的铜、质量分数0.1～1.0％的碲和质量分数94.0～96.9％的铝组成。该铝‑铜‑碲合金的制备方法有两种；第一种以铝锭及铜粉和碲粉为原料，将铜粉和碲粉混合均匀后压制成块状体或片状体，第二种以铝锭和铜碲中间合金为原料；将铝锭加热熔化得到铝熔体后，升温至1100～1200℃，在该温度将铜碲块状体或片状体分5～10批次用石墨钟罩压入铝熔体中，或者在该温度将铜碲中间合金加入铝熔体中，在搅拌下熔化并混合均匀形成符合要求的铝‑铜‑碲合金熔体，然后降温至700～740℃，浇注到预热的金属模具中，空冷至室温即得到铝‑铜‑碲合金。

Description

铝-铜-碲合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料技术领域，涉及铝-铜-碲合金及其制备方法。
背景技术
近些年来，随着汽车、航空等行业的高速发展，汽车及飞机的轻量化、低成本化成为研究的热点，铝铜合金由于具有较高的塑性、强度以及易切削加工性，在汽车及航空工业得到了广泛的应用。但铝铜合金的凝固温度范围较宽，在铸造过程中易出现晶内偏析，导致其铸造性能较差，力学性能和导电性能难以满足市场的需求。为了改善铸造铝铜合金的性能，变质处理是通常采用的一种方法，所使用的变质剂为Ti、La、Ce、Er或Sc，但在提高铝铜合金力学性能的同时会降低铝铜合金的导电性能。
研究发现，碲是铝-硅合金的有效变质剂，不仅可以细化共晶硅相，使初生α-Al枝晶胞的尺寸及二次枝间隙尺寸变小，提高铝合金的力学性能，而且能够降低杂质元素在铝中的固溶度，使杂质元素在铝中由固溶态转变为析出态，有利于铝硅合金导电性能的提升。但碲作为变质剂加入铝-硅合金熔体一般是直接以纯碲的形式加入(见《碲作为铝-硅合金变质剂的研究》，陕西机械学院，黄积荣等，现代铸造，1981年02期)，由于碲的熔点(452℃)低于铝的熔点(660℃)，因而在铝-硅合金熔炼过程易烧损，降低了碲的收得率，此外，碲和铝的润湿性较差，易造成碲在铝-硅合金熔体中分布不均匀。
为了提高含碲铝合金中碲的收得率，CN201510575346.9提供了铝碲中间合金及其制备方法与应用，所述铝碲中间合金由质量分数为0.1％～48％的碲，质量分数为52％～99.9％的铝组成。制备铝碲中间合金以纯度≥99.7％的碲和铝为原料，制备含碲铝合金以铝碲中间作为碲的原料。以铝碲中间合金代替纯碲制备含碲铝合金虽然可提高碲的收得率，但存在以下问题：(1)在制备铝碲中间合金时，是将纯碲压入铝熔体，必然存在碲的烧损；(2)将铝碲中间合金加入铝熔体或含其它元素的铝熔体进行熔炼，所制备的含碲铝合金中碲的收得率提高10％左右，提高幅度偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供铝-铜-碲合金及其制备方法，以便进一步提高碲在铝合金中的收得率，获得力学性能和导电性能优良的铝-铜-碲合金。
本发明所述铝-铜-碲合金，由质量分数3.0％～5.0％的铜、质量分数0.1％～1.0％的碲，质量分数94.0％～96.9％的铝组成。其组织的物相包括初生α-Al相、Al-Cu-Te第二相及沿晶界析出的Fe、Si等杂质元素。
本发明所述铝-铜-碲合金的制备方法，有以下两种，它们属于一个总的发明构思，即将铜和碲以其组合体的形式加入铝熔体。一种组合体是铜粉和碲粉压制成的块状体或片状体，另一种组合体是铜碲中间合金。
1、第一种方法，工艺步骤如下：
(1)配料
以纯度≥99.7％的铝锭及纯度≥99.9％的铜粉和碲粉为原料，按上述铝-铜-碲合金中铝、铜、碲的质量分数计量铝锭、铜粉和碲粉；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉混合均匀后放入模具中压制成块状体或片状体；
(3)熔炼
将计量好的铝锭在660℃～800℃加热熔化，得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃～1200℃并在该温度将步骤(2)成型的铜碲块状体或片状体分5～10批次用石墨钟罩压入铝熔体中，每次成型铜碲块状体或片状体的压入量为其总质量的10％～20％，每次压入成型铜碲块状体或片状体后反应10min～15min再压入下一批次，在反应过程中对熔体进行搅拌，当最后批次的成型铜碲块状体或片状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃～740℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃～200℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
上述方法的步骤(2)中，铜粉和碲粉的成型使用电加热压片机，成型压力为1MPa～2MPa，成型温度为100℃～150℃，保温和施压时间为5min～15min。
上述方法的步骤(3)中，可直接将铜碲块状体或片状体用石墨钟罩压入熔体中，也可将铜碲块状体或片状体用铝箔包裹后用石墨钟罩压入熔体中，优选后者。
上述方法的步骤(3)中，对熔体进行搅拌使用电动搅拌机，电动搅拌机的转速为240转/min～400转/min。
2、第二种方法，工艺步骤如下：
(1)配料
以铜碲中间合金和纯度≥99.7％的铝锭为原料，按上述铝、铜、碲的质量分数计量铜碲中间合金和铝锭；
(2)熔炼
将计量好的铝锭在660℃～800℃加热熔化，得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃～1200℃，在该温度将铜碲中间合金加入铝熔体并进行搅拌，当铜碲中间合金完全熔化并混合均匀后得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(3)浇注
将步骤(2)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃～740℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃～200℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
上述方法的步骤(2)中，对熔体进行搅拌使用电动搅拌机，电动搅拌机的转速为240转/min～400转/min。
本发明具有以下有益效果
1、本发明所述方法以铝锭、铜粉和碲粉为原料，或者以铜碲中间合金和铝锭为原料，得到了新的铝合金——铝-铜-碲合金，本发明所述铝-铜-碲合金相对于铝-铜合金，力学性能和导电性能均明显提高(见实施例3和对比例1)；且经过退火处理后，碲的变质、净化效果基本不变(见各实施例)。
2、本发明所述方法将铜碲中间合金加入铝熔体，或者将铜粉和碲粉混合均匀后压制成的块状体或片状体并分批次压入铝熔体，有效提高了铝合金中碲的收得率；相对于将铜粉和碲粉混合均匀后以粉状混合物分批次压入铝熔体得到的铝-铜-碲合金，碲的收得率提高70.9％(见实施例3和对比例2)，相对于将铝碲中间合金加入铝熔体后，再将铜粉压制成的块状体或片状体分批次压入含碲的铝熔体后得到的铝-铜-碲合金，碲的收得率提高48％(见实施例3和对比例3)。
附图说明
图1是实施例3所制备的铝-铜-碲合金未经均匀化退火取样的SEM图；
图2是实施例3所制备的铝-铜-碲合金未经均匀化退火取样的EDS图；
图3是对比例1所制备的铝-铜合金未经均匀化退火取样的SEM图；
图4是对比例1所制备的铝-铜合金未经均匀化退火取样的EDS图；
图5是对比例2所制备的铝-铜-碲合金未经均匀化退火取样的SEM图；
图6是对比例2所制备的铝-铜-碲合金未经均匀化退火取样的EDS图；
图7是实施例3所制备的铝-铜-碲合金的显微镜金相组织图，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜-碲合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜-碲合金的金相组织图；
图8是对比例1所制备的铝-铜合金的显微镜金相组织图，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜合金的金相组织图；
图9是对比例2所制备的铝-铜-碲合金的显微镜金相组织图，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜-碲合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜-碲合金的金相组织图。
具体实施方式
下面通过实施例、对比例并结合附图对本发明所述铝-铜-碲合金及其制备方法做进一步的说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中，铝锭、铜粉和碲粉均通过市场购买，铝锭的纯度≥99.7％，铜粉和碲粉的纯度≥99.9％。下述实施例中，铜碲中间合金通过市场购买。
下述实施例中，电阻炉型号为SG2-7.5-12，额定功率7.5KW；电加热压片机型号为YPH-600B；电动搅拌器型号为JJ-1。
下述实施例和对比例中，碲的收得率使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES5100 SVDV型)，依据GB/T 30902-2014标准检测碲的实际含量，碲的收得率＝碲的实际测得量/碲的初始加入量。
下述实施例和对比例中，力学性能使用万能试验机(WDW-50E型)检测，导电性能使用涡流电导仪(7501A型)检测。
实施例1
本实施例制备Al-4Cu-0.1Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.1％，铝的质量分数95.9％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.1Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭600.0g、铜粉25.026g、碲粉0.625g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为5份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成块状体，成型压力为2MPa，成型温度为100℃，保温和施压时间为15min，得到5个长方形块状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚5.2mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在680℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲块状体用铝箔包裹后分5批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲块状体的压入量为其总质量的20％，每次压入成型铜碲块状体后反应10min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为240转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为97.3％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
实施例2
本实施例制备Al-4Cu-0.3Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.3％，铝的质量分数95.7％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.3Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭630.0g、铜粉26.332g、碲粉1.974g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为5份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成块状体，成型压力为2MPa，成型温度为100℃，保温和施压时间为15min，得到5个长方形块状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚5.7mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在700℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲块状体用铝箔包裹后分5批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲块状体的压入量为其总质量的20％，每次压入成型铜碲块状体后反应10min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为240转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为97.2％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
实施例3
本实施例制备Al-4Cu-0.5Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.5％，铝的质量分数95.5％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭650.0g、铜粉27.225g、碲粉3.403g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为10min，得到8个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.8mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜碲片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
对比例1
本对比例制备Al-4Cu合金(即铜的质量分数4.0％、铝的质量分数96.0％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭和铜粉，按Al-4Cu中铝、铜的质量分数计算，称取铝锭620.0g、铜粉25.833g；
(2)铜粉的成型
将计量好的铜粉平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为10min，得到8个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.2mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝熔体中，每次成型铜片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜片状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜合金。
对比例2
本对比例制备与实施例3化学成分相同的铝-铜-碲合金，即Al-4Cu-0.5Te合金，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取纯铝锭630.0g、铜粉26.387g、碲粉3.298g；
(2)铜粉和碲粉的混合
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份并分别用铝箔包裹；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)用铝箔包裹后的铜粉和碲粉混合物分8批次压入到铝熔体中，每次铜粉和碲粉混合物的压入量为其总质量的12.5％，每次压入铜粉和碲粉混合物后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的铜粉和碲粉混合物压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
对比例3
本对比例制备与实施例3化学成分相同的铝-铜-碲合金，即Al-4Cu-0.5Te合金，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铝碲中间合金(Al：95％，Te:5％)和铜粉，按Al-4Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取纯铝锭600.0g、铝碲中间合金66.667g、铜粉27.778g，铝碲中间合金采用CN201510575346.9所述方法制备；
(2)铜粉的成型
将计量好的铜粉平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为10min，得到8个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.5mm。
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后加入铝碲中间合金并进行搅拌，其转速为300转/min，待铝碲中间合金完全熔化后，将铝-碲熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝-碲熔体中，每次成型铜片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜片状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将实施例3和对比例2、对比例3所制备的铝-铜-碲合金、对比例1制备的铝-铜合金分别平均分成两组，对其中一组分别进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数相同，均为：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
实施例3与对比例1、对比例2、对比例3的比较：
1、实施例3与对比例2、对比例3制备的合金的碲收得率比较
将实施例3、对比例2和对比例3所制备的铝-铜-碲合金分别取样检测分析，结果是：实施例3制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为98.1％；对比例2制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为27.2％，对比例3制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为50.1％。上述结果表明，本发明所述方法，有效提高了铝-铜-碲合金中碲的收得率。
2、实施例3、对比例1和对比例2制备的合金的组织物相比较
将实施例3和对比例2所制备的铝-铜-碲合金、对比例1制备的铝-铜合金分别采样用扫描电镜和能谱仪进行分析。实施例3制备的铝-铜-碲合金的SEM图见图1，EDS图见图2；对比例1制备的铝-铜的SEM图见图3，EDS图见图4；对比例2制备的铝-铜-碲的SEM图见图5，EDS图见图6。从上述各SEM图和EDS图可以看出，由于实施例3和对比例2中加入了碲，其组织的物相包括初生α-Al相、Al-Cu-Te第二相及沿晶界析出的Fe、Si等杂质元素；对比例1中未加入碲，其组织的物相包括初生α-Al相、Al-Cu第二相。鉴于对比例1中的原料铝锭、铜粉与实施例3和对比例2中原料铝锭、铜粉相同，因而只能说明加入碲元素能够使原料中带入的Fe、Si等杂质元素从铝基体中由固溶态转变为析出态。根据金属导电理论，杂质元素在金属中以固溶态形式存在时，对导体电阻率的增大作用远大于杂质元素的析出态。因此碲元素能够降低电阻率，提高铝铜合金的导电性能。
3、实施例3与对比例1和对比例2制备的合金的显微镜金相组织比较
将实施例3和对比例2未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜-碲合金、对比例1未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜合金分别取样制样用显微镜进行观察。实施例3制备的铝-铜-碲合金的显微镜金相组织图见图7，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜-碲合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜-碲合金的金相组织图；对比例1制备的铝-铜合金的显微镜金相组织图见图8，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜合金的金相组织图；对比例2制备的铝-铜-碲合金的显微镜金相组织图见图9，其中，(a)图是未经均匀化退火的铝-铜-碲合金的金相组织图，(b)图是经均匀化退火后铝-铜-碲合金的金相组织图。从上述各金相组织图可以看出，碲的加入能细化晶粒，因为对比例1制备的铝-铜合金较实施例3和对比例2制备的铝-铜-碲合金，晶粒明显增大。从上述各金相组织图可以看出，实施例3制备的铝-铜-碲合金，经均匀化退火后，微观组织没有发生变化。
4、实施例3与对比例1、对比例2和对比例3制备的合金的力学性能和导电性能比较
将实施例3、对比例2和对比例3未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜-碲合金、对比例1未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2。从表1和表2可以看出，实施例3制备的铝-铜-碲合金，其力学性能和导电性能最好，既优于对比例1，也优于对比例2和对比例3；对比例2和对比例3制备的铝-铜-碲合金，其力学性能和导电性能均优于对比例1。表明，碲的加入既能提高铝-铜合金的力学性能，又能提高铝-铜合金的导电性能，使用本发明所述方法，提高铝-铜合金的力学性能和导电性能的幅度更大。
实施例4
本实施例制备Al-4Cu-0.7Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.7％，铝的质量分数95.3％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.7Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭640.0g、铜粉26.862g、碲粉4.701g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为10min，得到5个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.9mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在740℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1200℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜碲片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为97.5％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
实施例5
本实施例制备Al-4Cu-0.9Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.9％，铝的质量分数95.1％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-4Cu-0.9Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭640.0g、铜粉26.919g、碲粉6.057g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为10份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1MPa，成型温度为140℃，保温和施压时间为5min，得到10个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.3mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在760℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1200℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲片状体用铝箔包裹后分10批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲片状体的压入量为其总质量的10％，每次压入成型铜碲片状体后反应15min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为360转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至200℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为96.9％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
实施例6
本实施例制备Al-3Cu-0.5Te合金(即铜的质量分数3.0％、碲的质量分数0.5％，铝的质量分数96.5％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-3Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭700.0g、铜粉21.762g、碲粉3.627g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为5min，得到8个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚3.2mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在680℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜碲片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
对比例4
本对比例制备与实施例6化学成分相同的铝-铜-碲合金，即Al-3Cu-0.5Te合金，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-3Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭680.0g、铜粉21.140g、碲粉3.523g；
(2)铜粉和碲粉的混合
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份并分别用铝箔包裹；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在680℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)用铝箔包裹后的铜粉和碲粉混合物分8批次压入到铝熔体中，每次铜粉和碲粉混合物的压入量为其总质量的12.5％，每次压入铜粉和碲粉混合物后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的铜粉和碲粉混合物压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
实施例6与对比例4的比较：
1、实施例6与对比例4所制备合金的碲收得率比较
将实施例6和对比例4所制备的铝-铜-碲合金分别取样检测分析，结果是：实施例6制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为97.5％；对比例4制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为17.8％。上述结果表明，本发明所述方法，有效提高了铝-铜-碲合金中碲的收得率。
2、实施例6与对比例4所制备合金的力学性能和导电性能比较
将实施例6和对比例4所制备的铝-铜-碲合金分别平均分成两组，对其中一组分别进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数相同，均为：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将实施例6和对比例4未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2。从表1和表2可以看出，实施例6制备的铝-铜-碲合金，其力学性能和导电性能均优于对比例4。表明：使用本发明所述方法，能更有效提高铝-铜合金的力学性能和导电性能。
实施例7
本实施例制备Al-5Cu-0.5Te合金(即铜的质量分数5.0％、碲的质量分数0.5％，铝的质量分数94.5％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-5Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭660.0g、铜粉34.921g、碲粉3.492g；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份，分别放置在模具中，将模具置于电加热压片机中压制成片状体，成型压力为1.5MPa，成型温度为120℃，保温和施压时间为5min，得到8个长方形片状体，它们的尺寸均为：长30mm、宽10mm，厚4.8mm；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在780℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)成型的铜碲片状体用铝箔包裹后分8批次压入到铝熔体中，每次成型铜碲片状体的压入量为其总质量的12.5％，每次压入成型铜碲片状体后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的成型铜碲块状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
对比例5
本对比例制备与实施例7化学成分相同的铝-铜-碲合金，即Al-5Cu-0.5Te合金，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭、铜粉和碲粉，按Al-5Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取铝锭670.0g、铜粉35.450g、碲粉3.545g；
(2)铜粉和碲粉的混合
将计量好的铜粉和碲粉均匀混合，平均分为8份并分别用铝箔包裹；
(3)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在780℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1150℃，并在该温度将步骤(2)用铝箔包裹后的铜粉和碲粉混合物分8批次压入到铝熔体中，每次铜粉和碲粉混合物的压入量为其总质量的12.5％，每次压入铜粉和碲粉混合物后反应12min再压入下一批次，在反应过程中使用电动搅拌器对熔体进行搅拌，其转速为300转/min，当最后批次的铜粉和碲粉混合物压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
实施例7与对比例5的比较：
1、实施例7与对比例5所制备合金的碲收得率比较
将实施例7和对比例5所制备的铝-铜-碲合金分别取样检测分析，结果是：实施例7制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为98.3％；对比例5制备的铝-铜-碲合金，碲收得率为25.2％。上述结果表明，本发明所述方法，有效提高了铝-铜-碲合金中碲的收得率。
2、实施例7与对比例5所制备合金的力学性能和导电性能比较
将实施例7和对比例5所制备的铝-铜-碲合金分别平均分成两组，对其中一组分别进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数相同，均为：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将实施例7和对比例5未经均匀化退火和经均匀化退火的铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2。从表1和表2可以看出，实施例7制备的铝-铜-碲合金，其力学性能和导电性能均优于对比例5。表明：使用本发明所述方法，能更有效提高铝-铜合金的力学性能和导电性能。
实施例8
本实施例制备Al-4Cu-0.5Te合金(即铜的质量分数4.0％、碲的质量分数0.5％，铝的质量分数95.5％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭和铜碲中间合金(Cu：88％，Te:12％)，按Al-4Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取纯铝锭650.0g、铜碲中间合金30.628g；
(2)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，将铝熔体升温至1100℃，然后加入铜碲中间合金并进行搅拌，其转速为300转/min，待铜碲中间合金全部熔化并混合均匀后得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(3)浇注
将步骤(2)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为98.0％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
实施例9
本实施例制备Al-4.5Cu-0.5Te合金(即铜的质量分数4.5％、碲的质量分数0.5％，铝的质量分数95.0％)，工艺步骤如下：
(1)配料
原料为铝锭和铜碲中间合金(Cu：90％，Te:10％)和铜粉，按Al-4.5Cu-0.5Te中铝、铜、碲的质量分数计算，称取纯铝锭650.0g、铜碲中间合金34.211g。
(2)熔炼
将计量好的铝锭放入石墨坩埚，置于电阻炉中在720℃加热熔化，待铝锭全部熔化后得到铝熔体，将铝熔体升温至1100℃，然后加入铜碲中间合金并进行搅拌，其转速为300转/min，待铜碲中间合金全部熔化并混合均匀后得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(3)浇注
将步骤(2)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至160℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金取样检测分析碲的收得率，碲的收得率为98.3％。
将本实施例制备的铝-铜-碲合金平均分成两组，对其中一组进行均匀化退火。均匀化退火的工艺参数：退火温度为450℃，退火时间为6h，冷却方式为空冷。
将两组铝-铜-碲合金分别取样制样用显微镜进行观察，经均匀化退火的铝-铜-碲合金与未经均匀化退火的铝-铜-碲合金相比，微观组织没有发生变化。
将两组铝-铜-碲合金分别取样进行力学性能和导电性能测试，测试结果见表1和表2，从表1和表2可以看出，经均匀化退火的铝-铜-碲合金较未经均匀化退火的铝-铜-碲合金，屈服强度、延伸率和导电率略有提高，抗拉强度略有降低。
上述检测表明，经过均匀化退火后，碲对铝铜合金的变质效果仍然显著。
表1本发明各实施例和对比例合金未经均匀化退火的力学性能和导电性能
编号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 导电率(IACS/％)
实施例1 162 142 12.5 47.4
实施例2 171 149 16.1 47.9
实施例3 179 156 18.8 48.6
实施例4 183 158 19.4 47.0
实施例5 175 151 18.3 46.2
实施例6 156 137 15.7 47.7
实施例7 194 172 13.9 45.5
实施例8 177 156 18.6 48.6
实施例9 186 160 15.5 45.9
对比例1 136 118 6.2 44.8
对比例2 144 125 7.6 47.1
对比例3 168 147 15.8 47.6
对比例4 122 109 7.9 45.1
对比例5 157 137 5.4 43.5
表2本发明各实施例和对比例合金经均匀化退火后的力学性能和导电性能
Figure BDA0002371168730000181
Figure BDA0002371168730000191

Claims (8)

1.铝-铜-碲合金，其特征在于该合金由质量分数3.0％～5.0％的铜、质量分数0.1％～1.0％的碲，质量分数94.0％～96.9％的铝组成。
2.一种权利要求1所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)配料
以纯度≥99.7％的铝锭及纯度≥99.9％的铜粉和碲粉为原料，按权利要求1中铝、铜、碲的质量分数计量铝锭、铜粉和碲粉；
(2)铜粉和碲粉的成型
将计量好的铜粉和碲粉混合均匀后放入模具中压制成块状体或片状体；
(3)熔炼
将计量好的铝锭在660℃～800℃加热熔化，得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃～1200℃并在该温度将步骤(2)成型的铜碲块状体或片状体分5～10批次用石墨钟罩压入铝熔体中，每次成型铜碲块状体或片状体的压入量为其总质量的10％～20％，每次压入成型铜碲块状体或片状体后反应10min～15min再压入下一批次，在反应过程中对熔体进行搅拌，当最后批次的成型铜碲块状体或片状体压入熔体后搅拌至完全熔化并混合均匀得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(4)浇注
将步骤(3)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃～740℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃～200℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
3.根据权利要求2所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于步骤(2)中铜粉和碲粉的成型使用电加热压片机，成型压力为1MPa～2MPa，成型温度为100℃～150℃，保温和施压时间为5min～15min。
4.根据权利要求2或3所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中，将铜碲块状体或片状体用铝箔包裹后用石墨钟罩压入熔体中。
5.根据权利要求2或3所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中，对熔体进行搅拌使用电动搅拌机，电动搅拌机的转速为240转/min～400转/min。
6.根据权利要4所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中，对熔体进行搅拌使用电动搅拌机，电动搅拌机的转速为240转/min～400转/min。
7.一种权利要求1所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)配料
以铜碲中间合金和纯度≥99.7％的铝锭为原料，按权利要求1中铝、铜、碲的质量分数计量铜碲中间合金和铝锭；
(2)熔炼
将计量好的铝锭在660℃～800℃加热熔化，得到铝熔体，然后将铝熔体升温至1100℃～1200℃，在该温度将铜碲中间合金加入铝熔体并进行搅拌，当铜碲中间合金完全熔化并混合均匀后得到符合要求的铝-铜-碲合金熔体；
(3)浇注
将步骤(2)得到的铝-铜-碲合金熔体降温至700℃～740℃，在搅拌扒渣后浇注到预热至120℃～200℃的金属模具中，空冷至室温即得到铝-铜-碲合金。
8.根据权利要求7所述铝-铜-碲合金的制备方法，其特征在于步骤(2)中，对熔体进行搅拌使用电动搅拌机，电动搅拌机的转速为240转/min～400转/min。
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