CN113695582A

CN113695582A - 一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法

Info

Publication number: CN113695582A
Application number: CN202111279275.XA
Authority: CN
Inventors: 薛雨杰; 马明月; 王聪利; 庾高峰
Original assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-11-01
Also published as: CN113695582B

Abstract

本发明公开了一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2‑6.5%、Nb 2.9‑5.8%、余量为铜，所述制备方法包括以下步骤：S1熔炼；S2热锻；S3机加工；S4等离子旋转气雾化制粉：将旋转电极装配到雾化制粉设备的进给装置中，进行雾化制粉；S5筛分。本发明通过对合金成分调整改善铜合金的高温性能，采用等离子旋转气雾化制备粉末，高转速骤冷条件下可以促进CrNb相的析出，从而提高粉末冶金后的耐高温及导电性能，通过控制制粉转速调整细粉与粗粉的比例，解决了铜合金在高温环境下易软化的技术难题，扩展了铜合金的应用领域及范围。

Description

一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及金属粉末加工技术领域，具体是涉及一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法。

背景技术

纯铜（紫铜）因其优异的导电、导热、耐磨、耐腐蚀性能而被广泛应用于各个领域中，如电工、机电、电子等行业。但随着现代工业的发展，纯铜其软态强度较低，尤其抗高温变形能力差，越来越无法满足使用要求。

合金化制备方法是制备高强高导铜合金的有效方法之一，即在铜基体中加入一定的合金元素，通过形成过饱和固溶体，使铜基体发生晶格畸变或通过时效析出强化，从而获得满足实际要求的高强高导铜合金。其主要的强化方式有：固溶强化、沉淀强化、细晶强化和变形强化这四种。然而，随着航空航天领域的快速发展，对铜合金提出更严格要求。不仅需要铜合金具备良好的导电导热性能，还需要其具有优异的耐高温性能及抗蠕变性能。例如，作为可重复使用的运载火箭内衬材料，该合金需要具有较高的高温强度、优异的抗蠕变性、良好的低周疲劳寿命和良好的热稳定性。

在航天发动机反复运行的期间，衬里壁向内逐渐弯曲，直到冷通道壁失效。热烫会加剧这种情况，热烫会增加环境侵蚀、表面粗糙化以及由于形成低导电性氧化物和多孔金属而导致温度升高。这可能导致衬里开裂。虽然冷却通道故障不会直接危及机组人员，但发动机性能会降低，航天器可能无法到达正确的轨道或轨道。因此，合适的内衬材料至关重要。

CuCrNb合金作为新一代耐高温铜合金，具有优异的耐高温性能，同时具有良好的导电、导热及抗蠕变性能，是航空航天领域发展中不可或缺的材料之一。且随着3D打印技术的发展，解决了复杂结构零部件的制造问题，更加拓展了该合金的应用领域及范围。目前国外发达国家，如美国已开发出该种材料并广泛应用于航空航天领域，且对我国进行了技术封锁。因此，我们急需攻克该技术难题，使该材料国产化，为我国航空航天领域的发展做出贡献。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2-6.5%、Nb 2.9-5.8%、余量为铜；

所述铜合金粉末的制备方法包括以下步骤：

S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2600-2700℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，持续熔炼2-3h得到合金铸锭；

S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻保温温度为1000-1200℃，热锻保温时间为120-180min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为800-900℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1000-1200℃，保温时间30-60min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕；

S3机加工：将热锻好的合金铸锭进行机加工，制备雾化制粉所需的旋转电极的旋转电极；

S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相；

S5筛分：将步骤S4得到的对粉末过270目筛网进行筛分，粒径为53-150μm的粉末为粗粉，占总粉末体积的52-69%，粒径小于53μm的粉末为细粉，占总粉末体积的31-48%。

进一步地，所述步骤S1中CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr，Cr和Nb在Cu中的固溶点很低，因此在速冷条件下金属液滴中会析出CrNb相，而CrNb析出相可以提高合金的耐高温性能。

进一步地，所述步骤S2中热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 40-60mm，长度L400-500mm。通过热锻提高合金性能并使其适配机加工装置尺寸。

进一步地，所述步骤S3中旋转电极的尺寸大小为：直径φ 30mm，长度L 170mm。通过调整旋转电极的尺寸大小以适配本发明的等离子旋转气雾化制粉装置。

进一步地，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉的转速为25000-45000 r/min，电流为800-1000A，进给速度为1.5-2.5mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为20-25℃。通过控制起弧转速及稳定制粉转速，可控制细粉（≤53μm）与粗粉（53-150μm）的比例。

进一步地，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉所使用的制粉装置包括检修架、固定在所述检修架一侧的旋转电机、固定在检修架另一侧的雾化罐、位于所述雾化罐中部外侧的等离子发生器以及位于雾化罐底部的收粉罐，所述旋转电机用于带动所述旋转电极高速旋转，旋转电极末端通过供气组件与雾化罐内侧中部连接，检修架内部设有的真空泵与所述雾化罐内部连接。用于对雾化罐内部抽真空；

所述雾化罐为中部向外凸起的圆柱体，雾化罐内壁两侧分别设有冷却腔组和回流冷却管组，所述冷却腔组包括上下对称设置的第一冷却腔和第二冷却腔，所述回流冷却管组包括第一回流冷却管和第二回流冷却管，所述第一回流冷却管一端与所述第一冷却腔下部连接，另一端与所述第二冷却腔上部连接，所述第二回流冷却管一端与第二冷却腔上部连接，另一端与第一冷却腔上部连接；

所述供气组件包括用于支撑旋转电极的固定套、套设在所述固定套下部中心处的输气管，所述输气管位于旋转电极下方，输气管末端设有一组通过伺服电机控制转动的分支管组，所述分支管组设有若干用于破碎金属液滴并改变金属液滴的运动方向的分支管，输气管中部下方连接设有导气管，所述导气管末端设有指向两侧的分支导气管，所述雾化罐两侧底部的外壁上设有液氮冷却腔，所述收粉罐上部设有筛分组件。

更进一步地，所述第一回流冷却管与所述第一冷却腔的连接处设有第一水泵，所述第二回流冷却管与所述第二冷却腔连接处与位于第二冷却腔底部的第二水泵连接。通过建立雾化罐内部的水循环以提高对金属液滴的冷却效果，同时高转速骤冷条件下可以促进CrNb相的析出，从而提高粉末冶金后的耐高温及导电性能。

更进一步地，所述筛分组件包括与所述雾化罐底部连通的输粉管，所述输粉管内部设有可上下滑动的筛板，所述筛板下部与收粉罐底部设有的升降电机输出端的升降杆连接，所述升降杆贯穿筛板后与压板下部中心处连接，所述压板两端设有限位块，筛板底部设有用于控制其绕升降杆转动的转动电机，筛板上表面等间距设有若干导粉板，输粉管延伸至收粉罐底部且与收粉罐上部连接处设有开口，位于收粉罐外部上方的输粉管两侧设有用于使所述限位块滑动的滑槽，所述滑槽内下部靠近所述开口处设有压杆，所述压杆下端固定连接有挡板，所述挡板与位于收粉罐内部的输粉管两侧设有的弹簧槽顶部连接。通过筛粉组件可以快速完成合金粉末的收集与筛分。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的CuCrNb系铜合金粉末制备方法采用真空自耗电弧熔炼，解决了难容金属铌的熔炼问题，同时熔炼后在基体中形成了大量细小弥散分布的CrNb相，该相可以有效的提高铜合金的耐高温性能。

（2）本发明的CuCrNb系铜合金粉末制备方法采用等离子旋转气雾化的方法制备铜合金粉末，利用该方法的起弧转速、制粉转速可调的特点，可根据实际需要，设计收得粗粉与细粉的比例。

（3）本发明的CuCrNb系铜合金粉末制备方法采用等离子旋转气雾化的方法制备铜合金粉末，利用该方法冷速快的特点，可以促进CrNb相的析出；不仅获得了球形度很好的粉末，同时也在粉末内部形成弥散分布的CrNb相，成功制备出可供粉末冶金使用的金属粉末，提高粉末冶金后的耐高温及导电性能，为制备耐高温高导电铜合金提供了原材料基础，是后续分析与研究的有效保障。

（4）本发明的等离子旋转气雾化制粉装置通过设有的冷却腔组和回流冷却管组使金属液滴碰到腔体壁会快速冷却形成粉末，通过设有的供气组件能够进一步破碎金属液滴并改变金属液滴的运动方向，使金属液滴冷却效果更好，形成粉末更加均匀，通过液氮冷却腔的设置使粉末不会沾到腔体内壁上，并通过筛粉组件快速完成合金粉末的收集与筛分。

附图说明

图1是本发明制备的CuCrNb合金铸锭的组织表面结构示意图；

图2是本发明制备的CuCrNb合金粉末扫描电镜图；

图3是本发明制备的CuCrNb合金粉末内部组织金相图；

图4是本发明的制粉装置整体结构示意图；

图5是本发明的雾化罐内部结构侧视图；

图6是本发明的冷却腔组结构示意图；

图7是本发明的回流冷却管组结构示意图；

图8是本发明的供气组件结构示意图；

图9是本发明的雾化罐内部结构主视图；

图10是本发明的筛粉组件结构示意图；

图11是本发明的筛板结构示意图。

其中，1-检修架，2-旋转电机，3-雾化罐，31-液氮冷却腔，4-等离子发生器，5-收粉罐，51-筛粉组件，52-输粉管，521-开口，522-滑槽，523-压杆，524-挡板，525-弹簧槽，53-筛板，531-导粉板，54-升降电机，55-升降杆，56-压板，561-限位块，57-转动电机，6-旋转电极，7-供气组件，71-固定套，72-输气管，73-分支管组，74-导气管，75-分支导气管，76-伺服电机，8-冷却腔组，81-第一冷却腔，82-第二冷却腔，83-第一水泵，84-第二水泵，9-回流冷却管组，91-第一回流冷却管，92-第二回流冷却管。

具体实施方式

实施例1

一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末，铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 4.9%、Nb 4.3%、余量为铜。

得出得到的铜合金为Cu-6Cr-3Nb。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：铜合金粉末的成分配比不同。

一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末，铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2%、Nb 2.9%、余量为铜。

得出得到的铜合金为Cu-2CrNb。

实施例3

一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末，铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 6.5%、Nb 5.8%、余量为铜。

得出得到的铜合金为Cu-8Cr-4Nb。

实施例4

本实施例提供的是实施例1的耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2675℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr，持续熔炼2.5h得到合金铸锭；

S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 50mm，长度L 450mm，热锻保温温度为1100℃，热锻保温时间为150min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为845℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1100℃，保温时间50min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕；

S3机加工：将热锻好的合金铸锭进行机加工，制备雾化制粉所需的旋转电极的旋转电极6，旋转电极6的尺寸大小为：直径φ 30mm，长度L 170mm；

S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极6装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极6端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相，等离子旋转气雾化制粉的转速为38000 r/min，电流为900A，进给速度为2mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为23℃；所用等离子旋转气雾化制粉设备为市售产品。

S5筛分：将步骤S4得到的对粉末过270目筛网进行筛分，粒径为53-150μm的粉末为粗粉，粒径小于53μm的粉末为细粉。

实施例5

本实施例与实施例4基本相同，其不同之处在于：步骤S1中熔炼的具体参数不同。

S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2600℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr，持续熔炼2h得到合金铸锭。

实施例6

S1熔炼：将原材料按比例混合并制备成电极棒，将电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为2700℃，使3种金属完全熔化，同时在合金基体中形成弥散分布的析出相，该析出相主要为CrNb相，CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr，持续熔炼3h得到合金铸锭。

实施例7

本实施例与实施例4基本相同，其不同之处在于：步骤S2中热锻的具体参数不同。

S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 40mm，长度L 400mm，热锻保温温度为1000℃，热锻保温时间为120min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为800℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1000℃，保温时间30min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕。

实施例8

S2热锻：将步骤S1得到的合金铸锭进行热锻处理，热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 60mm，长度L 500mm，热锻保温温度为1200℃，热锻保温时间为180min，保温结束后取出合金铸锭在空气中进行锻造，锻造过程使用红外测温仪进行实时测量，锻造不得低于终锻温度，终锻温度为900℃，若达到终锻温度时仍未成型，则进行回炉保温，保温温度1200℃，保温时间60min，保温时间到后取出继续锻造，重复上述步骤，直至锻造完毕。

实施例9

本实施例与实施例4基本相同，其不同之处在于：步骤S4等离子旋转气雾化制粉的具体参数不同。

S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极6装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极6端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相，等离子旋转气雾化制粉的转速为25000 r/min，电流为800A，进给速度为1.5mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为20℃。

实施例10

S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极6装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极6端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相，等离子旋转气雾化制粉的转速为45000 r/min，电流为1000A，进给速度为2.5mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为25℃。

实施例11

本实施例与实施例4基本相同，其不同之处在于：如图4所示，步骤S4中等离子旋转气雾化制粉所使用的制粉装置包括检修架1、固定在检修架1一侧的旋转电机2、固定在检修架1另一侧的雾化罐3、位于雾化罐3中部外侧的等离子发生器4以及位于雾化罐3底部的收粉罐5，旋转电机2为市售冶金用旋转电机搭配给进装置，旋转电机2用于带动旋转电极6高速旋转，旋转电极6末端通过供气组件7与雾化罐3内侧中部连接，检修架1内部设有的真空泵与雾化罐3内部连接；

如图5-7所示，雾化罐3为中部向外凸起的圆柱体，雾化罐3内壁两侧分别设有冷却腔组8和回流冷却管组9，冷却腔组8包括上下对称设置的第一冷却腔81和第二冷却腔82，回流冷却管组9包括第一回流冷却管91和第二回流冷却管92，第一回流冷却管91一端与第一冷却腔81下部连接，另一端与第二冷却腔82上部连接，第二回流冷却管92一端与第二冷却腔82上部连接，另一端与第一冷却腔81上部连接，第一回流冷却管91与第一冷却腔81的连接处设有第一水泵83，第二回流冷却管92与第二冷却腔82连接处与位于第二冷却腔82底部的第二水泵84连接，第一水泵83和第二水泵84均为市售高压水泵；

如图8所示，供气组件7包括用于支撑旋转电极6的固定套71、套设在固定套71下部中心处的输气管72，输气管72位于旋转电极6下方，输气管72末端设有一组通过伺服电机76控制转动的分支管组73，伺服电机76为市售MHMD022P1U伺服电机，分支管组73设有若干用于破碎金属液滴并改变金属液滴的运动方向的分支管，输气管72中部下方连接设有导气管74，导气管74末端设有指向两侧的分支导气管75，雾化罐3两侧底部的外壁上设有液氮冷却腔31；

如图9-11所示，筛分组件51包括与雾化罐3底部连通的输粉管52，输粉管52内部设有可上下滑动的筛板53，筛板53下部与收粉罐5底部设有的升降电机54输出端的升降杆55连接，升降电机54和升降杆55为市售电动升降装置，升降杆55贯穿筛板53后与压板56下部中心处连接，压板56两端设有限位块561，筛板53底部设有用于控制其绕升降杆55转动的转动电机57，转动电机57为市售齿轮减速电机，筛板53上表面等间距设有6组导粉板531，输粉管52延伸至收粉罐5底部且与收粉罐5上部连接处设有开口521，位于收粉罐5外部上方的输粉管52两侧设有用于使限位块561滑动的滑槽522，滑槽522内下部靠近开口521处设有压杆523，压杆523下端固定连接有挡板524，挡板524与位于收粉罐5内部的输粉管52两侧设有的弹簧槽525顶部连接。

上述等离子旋转气雾化制粉装置的工作原理为：

首先，将旋转电极6放置到指定位置后，打开真空泵对雾化罐3内部进行抽真空，随后通过供气组件7对雾化罐3内部充入氩气，开启等离子发生器4使旋转电极6前端熔化为液体，通过旋转电机2高速旋转的离心力将液体抛出，与此同时，开启的伺服电机76控制分支管组73与旋转电极6进行相反方向转动，产生逆向高速气体，将向下运动的金属液滴进一步破碎为细小的液滴，并使破碎后的细小液滴散布在雾化罐3内部上方，而原本向上运动的金属液滴则不受影响，通过冷却腔组8和回流冷却管组9进行冷却降温；

冷却腔组8和回流冷却管组9的工作原理为：打开第一水泵83抽取第一冷却腔81内部的冷却水至第一回流冷却管91，经曲折设置的第一回流冷却管91后流至第二冷却腔82的内部，完成对回流冷却管组9上半部分的冷却降温；同时打开第二水泵84抽取第二冷却腔82内部的冷却水至第二回流冷却管92，经曲折设置的第二回流冷却管92后流至第一冷却腔81的内部，完成对回流冷却管组9下半部分的冷却降温，使冷却腔组8和回流冷却管组9建立起冷却循环，保持雾化罐3内壁对金属液滴的冷凝效果；

当冷凝后的粉末在下降过程中，经过两组分支导气管75时，被分支导气管75吹出的气体吹落至两组液氮冷却腔31处进行二次冷凝，防止粉末沾到腔体内壁上，最后落入收粉罐5内回收；

筛粉组件51的工作原理为：合金粉末自由下落沿液氮冷却腔31位置处下落至踏板56下方的筛板53上，并通过筛板53垂直落入到收粉罐5中部对细粉进行收集，每隔一段时间开启升降电机54控制升降杆55下降，同时压板56的限位块561与滑槽522对接，直至限位块561下降至压杆523所在位置时继续压动压杆523使其带动挡板524在弹簧槽525的作用下可打开开口521，当限位块561运动至开口521上方时停止，同时开启转动电机57带动筛板53高速转动，使筛板53上的粗粉在离心力以及导粉板531的作用下通过两组开口521进入到收粉罐5两侧完成对粗粉的回收，完成后升降杆55上移，使挡板524在弹簧草525的作用下重新回到开口521所在位置，避免细粉误落入粗粉的回收仓中。

实验例1

对实施例1、2、3的合金粉末性能进行硬度导电性能测试，并与常规CuCrZr铜合金进行对比，测试结果如表1所示。

表1 实施例1、2、3的合金粉末性能

实施例	硬度HB	电导率Ms/m	模拟热处理后硬度HB	模拟热处理后电导率Ms/m
					实施例1	104	45.8	91	46.2
实施例2	93	44.6	79	46.5
					实施例3	96	43.1	80	45.8
对比例	123	47.2	51	39.3

由表中结果可以看出，采用本发明制备的三种CuCrNb粉末硬度和导电率较高，进行模拟钎焊工况的热处理后硬度略有下降，而导电率有所提高；而对比例中常规CuCrZr铜合金在进行模拟钎焊工况的热处理后硬度大幅度下降，且导电率也有所下降，对比证明本发明制备的CuCrNb系铜合金粉末具有很好的耐高温性能及导电性能。

实验例2

对实施例4、9、10的合金粉末进行筛分，结果如表2所示。

表2 实施例4、9、10的合金粉末占比

实施例	通粉（Kg）	粗粉（Kg/%）	细粉（Kg/%）
				实施例4	0.72	0.44（61%）	0.28（39%）
实施例9	0.72	0.5（69%）	0.22（31%）
				实施例10	0.72	0.37（52%）	0.35（48%）

从表中结果可以看出，通过控制制粉过程中的起弧转速与稳定制粉转速，可以有效的控制收得粗粉与细粉的比例，制粉转速越快得到的细粉比例越大，可根据需要调整合适的制粉转速。

实验例3

对实施例4和11的合金粉末性能进行硬度导电性能测试，测试结果如表3所示。

表3 实施例4、11的合金粉末性能

实施例	硬度HB	电导率Ms/m
			实施例4	104	45.8
实施例11	108	47.3

由表中结果可以看出，实施例11采用了本发明的等离子旋转气雾化制粉装置制备的CuCrNb粉末硬度和导电率比实施例中常规市售等离子旋转气雾化制粉装置制备的CuCrNb粉末高，这是因为本发明的等离子旋转气雾化制粉装置在液滴冷凝过程中冷凝效果更好，CrNb相析出更加充分，从而进一步提高粉末冶金后的耐高温及导电性能。

Claims

1.一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述铜合金粉末的成分按质量百分比计为：Cr 3.2-6.5%、Nb 2.9-5.8%、余量为铜；

所述铜合金粉末的制备方法包括以下步骤：

S3机加工：将热锻好的合金铸锭进行机加工，制备雾化制粉所需的旋转电极（6）；

S4等离子旋转气雾化制粉：将步骤S3得到的旋转电极（6）装配到等离子旋转气雾化制粉设备的进给装置中，在氩气氛围的腔体中进行等离子旋转气雾化制粉，旋转电极（6）端面受等离子弧加热而熔化为液体，通过高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎成细小的液滴，最后冷凝成粉末，通过控制制粉转速，可以控制金属熔滴的大小从而控制得到的不同大小粉末的比例，熔化后的金属液滴被高速旋转甩出，同时促进CrNb相的进一步析出，冷却后得到粉末，粉末内部形成弥散分布的CrNb相；

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中CrNb相的原子百分比为2:1，析出相中除CrNb相以外的成分为单质Cr。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中热锻合金铸锭的尺寸大小为：直径φ 40-60mm，长度L 400-500mm。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中旋转电极（6）的尺寸大小为：直径φ 30mm，长度L 170mm。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉的转速为25000-45000 r/min，电流为800-1000A，进给速度为1.5-2.5mm/s，氧含量为0.58ppm，冷却温度为20-25℃。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中等离子旋转气雾化制粉所使用的制粉装置包括检修架（1）、固定在所述检修架（1）一侧的旋转电机（2）、固定在检修架（1）另一侧的雾化罐（3）、位于所述雾化罐（3）中部外侧的等离子发生器（4）以及位于雾化罐（3）底部的收粉罐（5），所述旋转电机（2）用于带动所述旋转电极（6）高速旋转，旋转电极（6）末端通过供气组件（7）与雾化罐（3）内侧中部连接，检修架（1）内部设有的真空泵与所述雾化罐（3）内部连接；

所述雾化罐（3）为中部向外凸起的圆柱体，雾化罐（3）内壁两侧分别设有冷却腔组（8）和回流冷却管组（9），所述冷却腔组（8）包括上下对称设置的第一冷却腔（81）和第二冷却腔（82），所述回流冷却管组（9）包括第一回流冷却管（91）和第二回流冷却管（92），所述第一回流冷却管（91）一端与所述第一冷却腔（81）下部连接，另一端与所述第二冷却腔（82）上部连接，所述第二回流冷却管（92）一端与第二冷却腔（82）上部连接，另一端与第一冷却腔（81）上部连接；

所述供气组件（7）包括用于支撑旋转电极（6）的固定套（71）、套设在所述固定套（71）下部中心处的输气管（72），所述输气管（72）位于旋转电极（6）下方，输气管（72）末端设有一组通过伺服电机（76）控制转动的分支管组（73），所述分支管组（73）设有若干用于破碎金属液滴并改变金属液滴的运动方向的分支管，输气管（72）中部下方连接设有导气管（74），所述导气管（74）末端设有指向两侧的分支导气管（75），所述雾化罐（3）两侧底部的外壁上设有液氮冷却腔（31），所述收粉罐（5）上部设有筛分组件（51）。

7.根据权利要求6所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述第一回流冷却管（91）与所述第一冷却腔（81）的连接处设有第一水泵（83），所述第二回流冷却管（92）与所述第二冷却腔（82）连接处与位于第二冷却腔（82）底部的第二水泵（84）连接。

8.根据权利要求6所述的一种耐高温高导电CuCrNb系铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所述筛分组件（51）包括与所述雾化罐（3）底部连通的输粉管（52），所述输粉管（52）内部设有可上下滑动的筛板（53），所述筛板（53）下部与收粉罐（5）底部设有的升降电机（54）输出端的升降杆（55）连接，所述升降杆（55）贯穿筛板（53）后与压板（56）下部中心处连接，所述压板（56）两端设有限位块（561），筛板（53）底部设有用于控制其绕升降杆（55）转动的转动电机（57），筛板（53）上表面等间距设有若干导粉板（531），输粉管（52）延伸至收粉罐（5）底部且与收粉罐（5）上部连接处设有开口（521），位于收粉罐（5）外部上方的输粉管（52）两侧设有用于使所述限位块（561）滑动的滑槽（522），所述滑槽（522）内下部靠近所述开口（521）处设有压杆（523），所述压杆（523）下端固定连接有挡板（524），所述挡板（524）与位于收粉罐（5）内部的输粉管（52）两侧设有的弹簧槽（525）顶部连接。