CN115094259B - 一种铜镁合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜镁合金的制备方法，本发明属于铜镁合金材料技术领域，本发明Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，提供了以沥青焦为覆盖剂，将氢氧化镁与沥青焦按比例混合，磨细后制团，然后焦结成多孔、具有一定强度的焦结物，进入真空熔炼炉反应，氧化镁沥青焦球既起到覆盖作用，又起到还原作用，使镁的氧化物进入覆盖剂中，而且能起到造渣、结渣的效果，明显的消除了氧化皮夹杂和高昂的设备成本，并且使熔融的铜镁合金流动性有所改善，表面裂纹减少，成分均匀，熔化温度低，易于破碎，便于加入。成分含量高，易于吸收。

Description

一种铜镁合金的制备方法

技术领域

本发明属铜镁合金材料技术领域，具体涉及一种铜镁合金的制备方法。

背景技术

在非铁合金的溶炼中，各种金属元素的特性不同，为满足各自熔炼合金的需要，常采用各种中间合金。铜镁中间合金有着重要用途，在轨道交通接触线、铝合金熔炼等领域有重要应用。镁是一种低熔点易燃烧的轻金属，其燃点为475℃，密度124g/cm³，熔点649℃，沸点1108℃，而铜的熔点为1080℃，接近镁的沸点。少量的镁含量对铜液的流动性产生很大的影响，而上引连铸工艺设备对铜的流动性非常敏感，流动性降低使镁铜合金在结晶器内壁凝固的过程中摩擦力增大，导致牵引力增大，并且造成表面裂纹，甚至拉断。镁是很强的还原剂，极易与炉体中的氧和空气中的氧氧化生成氧化镁。铜镁中间合金，目前的制备工艺需要两个坩埚，目前的制备工艺需要两个坩埚，在第一个坩埚内熔化高纯铜，在第二个坩埚内加入镁，将镁液与铜液混合，又或者当坩埚内铜液温度达到预设温度时，石墨钟罩将镁压入铜水内，等镁完全熔化以后，将钟罩取出来，配制成Cu-Mg的中间合金，后浇铸成型。但现有方法极易造成镁的偏析。例如CN102994789A一种铜镁中间合金添加装置及添加方法，包括底座、支柱、塞棒、钟罩、压头及横臂，是利用钟罩将镁压入铜水内，但制备成本造价高，并不能从根本上上改善现有工艺的缺陷，避免明解决镁元素含量不均匀、镁损耗大、易氧化结渣的问题依然存在。例如CN104611584A一种铜镁中间合金的熔制方法将预热后的铜分三批加入到镁液中，继续加热镁液，但偏析的不良情况仍然存在，因此本领域技术人员亟待开发出一种铜镁合金的制备方法，弥补现有技术的缺陷，进而满足现有的市场需求和性能要求。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种铜镁合金的制备方法，尤其是一种铜镁中间合金的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：

第一步、配料：按照Mg为0.9％-1.1％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，其中Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，按比例称取球形氧化镁和电解铜板；

电气化铁路架空接触网中与机车受电弓滑板相接触并传输电流的电线称为接触线。接触线横截面上部有左右对称的用于悬吊的沟槽；

第二步、装炉:采用分层装炉，即先将坩埚底上铺上一层铜片，将氧化镁沥青焦球总量的10%~15%覆盖在铜片之上，然后重复实施上述铺装，直至装完；

第三步、抽真空熔炼：关闭真空感应炉炉盖并对真空感应炉抽真空，当真空感应炉炉内真空度小于3Pa时送电加热，加热功率升至20KW，保温2-4min，接着加热功率升至30±1KW，保温2-4min，在750℃~800℃温度下焦结10~20分钟，再接着加热功率升至40±1KW，保温2-4min，再接着加热功率升至50±1KW，保温2-4min，再接着加热功率升至60KW保持，待炉内的坩埚内原料开始熔化，升温至1300℃~1350℃进行还原反应20~30分钟，打开充氩气阀，缓慢向真空感应熔炼炉的炉体内充入高纯氩气，使熔炼炉内压力升至-0.08Mpa时，进行精炼，精炼时间15~20分钟，精炼过程中使用石墨棒进行搅拌，后关闭氩气阀；

第四步、浇铸：将合金溶液浇铸到铸模腔，浇铸完成。

进一步的，所述第一步氧化镁沥青焦球的制备方法为沥青焦、氢氧化镁、去离子水按重量份数7∶2∶1搅拌混合均匀、浸泡，将浸泡后的浆状物料加入到搅拌釜中，在氮气保护下，升温到180℃进行物理脱水0.5~1h，转移至煅烧炉中继续升温到400~450℃进行化学脱水，再升温到750℃~850℃煅烧，并在该温度下保温1~1.5h后停止加热，取出自然降至室温，即得。

氢氧化镁与沥青焦进行均匀混合后经脱水、煅烧，氢氧化镁生成氧化镁，而形成氧化镁沥青焦球，这种沥青焦球可以在熔炼过程中起到覆盖剂的作用，通过分层装料，混合均匀；同时由于这种焦球含有氧化镁，氧化镁在熔炼过程中，也依靠沥青焦发生Mg0真空碳热还原，通过沥青焦利用是炭直接还原MgO生成镁的反应机理，进而实现镁在铜中的一锅法添加，而无需采用钟罩和额外坩埚，避免了采用额外钟罩和坩埚以及其他工艺带来的步骤繁琐和氧化；

进一步的，所述第二步坩埚为石墨坩埚。

进一步的，第四步浇铸中将加热功率降至40KW±5KW，保持20~25s倾翻坩埚炉炉嘴保持0.5分钟后开始浇铸，浇铸速度先慢、再逐渐加快，最后再减慢300~350℃预热1~1.5h的铁模浇铸，浇铸时间10~15s。

本发明的有益效果：

本发明的铜镁合金的制备方法中的Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，提供了以沥青焦为覆盖剂，由于铜镁合金的流动性差，以往熔炼铜镁合金，因为镁是很强的还原剂，在高温下形成大量镁的氧化物，悬浮在铜液的表面上和悬浮在铜液中，使铸造产生氧化皮夹杂。本发明将氢氧化镁与沥青焦按比例混合，磨细后制团，然后焦结成多孔、具有一定强度的焦结物，进入真空熔炼炉炉反应，氧化镁沥青焦球既起到覆盖作用，又起到还原作用，使镁的氧化物进入覆盖剂中，而且能起到造渣、结渣的效果，明显的消除了以往一个坩埚熔镁、一个坩埚熔铜分别熔炼工艺和钟罩压入带来的氧化皮夹杂和高昂的设备成本，并且使熔融的铜镁合金流动性有所改善，表面裂纹减少。

与现有技术相比，本发明具有以下优点在：

本发明采用的熔炼制备方法，氧化镁沥青焦球，在真空中还原金属镁,可以降低反应的温度,提升反应效能,它是一些融化温度较高的金属元素，用熔融法采用电解铜板和氧化镁沥青焦球生产铜镁中间合金，成分均匀，熔化温度低，易于破碎，便于加入。成分含量高，易于吸收。该中间合金在使用过程中无污染，密度低，熔化速度快，变质效果稳定、长效，这种铜中间合金还可以用来用来调整铝熔体成份，还可以应用于电气化铁路接触线的生产，本发明的制备方法简便易行，而无需木炭、碱金属卤化物等覆盖剂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

第一步、配料：按照Mg为0.9％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，其中Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，所述氧化镁沥青焦球的制备方法为宝武沥青焦、氢氧化镁、去离子水按重量份数7∶2∶1搅拌混合均匀、浸泡，将浸泡后的浆状物料加入在搅拌机中搅拌均匀，在氮气保护下，升温到180℃进行物理脱水1h，转移至马弗炉中升温到400℃进行化学脱水，再升温到750℃煅烧，并在该温度下反应1.5h，后停止加热，取出自然降至室温，即得，其中沥青焦全硫＜0.5%，挥发分＜0.5%，水份＜0.5%，灰分＜0.5%；氢氧化镁为高纯氢氧化镁，纯度99.8%；按比例称取球形氧化镁和纯度≥99.99％电解铜板；第二步、装炉:称量好后，将球形氧化镁与沥青焦，采用分层装炉，即先将坩埚底上铺上一层铜片，将氧化镁沥青焦球总量的10%覆盖在铜片之上，用木锤捣实；然后重复实施上述铺装，直至装完，合上炉盖，清理观察窗，关闭放气阀；第三步、抽真空熔炼：关闭真空感应炉炉盖并对真空感应炉抽真空，当真空感应炉炉内真空度小于3Pa时送电加热，加热功率升至20KW，保温4min，接着加热功率升至31KW，保温4min，在800℃温度下焦结20分钟，再接着加热功率升至41KW，保温4min，再接着加热功率升至51KW，保温4min，再接着加热功率升至60KW保持，待炉内的坩埚内原料开始熔化，升温至1350℃进行还原反应30分钟，打开充氩气阀，缓慢向真空感应熔炼炉的炉体内充入高纯氩气，使熔炼炉内压力升至-0.08Mpa时，进行精炼，精炼时间20分钟，精炼过程中使用石墨棒进行搅拌，后关闭氩气阀；第四步、浇铸：将加热功率降至45KW，保持20s倾翻坩埚炉炉嘴保持0.5分钟后开始浇铸，浇铸速度先慢、再逐渐加快，最后再减慢300℃预热1h的铁模浇铸，浇铸时间10s，将合金溶液浇铸到铸模腔，浇铸完成。

化学成分：Cu：余量、Mg:0.9%、O：＜0.001，Bi、Pb等其他杂质总和小于0.10%。

实施例2

第一步、配料：按照Mg为1.1％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，其中Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，所述氧化镁沥青焦球的制备方法为沥青焦、氢氧化镁、去离子水按重量份数7∶2∶1搅拌混合均匀、浸泡，将浸泡后的浆状物料加入到搅拌釜中，在氮气保护下，升温到180℃进行物理脱水0.5h，转移至马弗炉中升温到400℃进行化学脱水，再升温到850℃煅烧，并在该温度下反应1.5h，后停止加热，取出自然降至室温，即得，其中沥青焦全硫＜0.5%，挥发分＜0.5%，水份＜0.5%，灰分＜0.5%；氢氧化镁为高纯氢氧化镁，纯度≥99.99％；按比例称取球形氧化镁和纯度99.98%电解铜板；第二步、装炉:称量好后，将球形氧化镁与沥青焦在搅拌机中搅拌均匀，采用分层装炉，即先将坩埚底上铺上一层铜片，将搅氧化镁沥青焦球的15%覆盖在铜片之上，用铜锤捣实；然后重复实施上述铺装，直至装完，合上炉盖，清理观察窗，关闭放气阀；第三步、抽真空熔炼：关闭真空感应炉炉盖并对真空感应炉抽真空，当真空感应炉炉内真空度小于3Pa时送电加热，加热功率升至20KW，保温2min，接着加热功率升至29KW，保温2min，在750℃温度下焦结10分钟，再接着加热功率升至39KW，保温2min，再接着加热功率升至49KW，保温2min，再接着加热功率升至60KW保持，待炉内的坩埚内原料开始熔化，升温至1300℃进行还原反应30分钟，打开充氩气阀，缓慢向真空感应熔炼炉的炉体内充入高纯氩气，使熔炼炉内压力升至-0.08Mpa时，进行精炼，精炼时间20分钟，精炼过程中使用石墨棒进行搅拌，后关闭氩气阀；第四步、浇铸：将加热功率降至35KW，保持25s倾翻坩埚炉炉嘴保持0.5分钟后开始浇铸，浇铸速度先慢、再逐渐加快，最后再减慢350℃预热1.5h 的铁模浇铸，浇铸时间15s，将合金溶液浇铸到铸模腔，浇铸完成。

化学成分：Cu：余量、Mg:1.1%、O：＜0.001，Bi、Pb等其他杂质总和小于0.10%。

注：参考以下标准：铜及铜合金化学分析方法 第1部分 铜含量的测定、YS/T 283-2009铜中间合金锭。

Claims (3)

1.一种铜镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料：按照Mg为0.9％-1.1％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，其中Mg以氧化镁沥青焦球的形式加入，按比例称取球形氧化镁和电解铜板，氧化镁沥青焦球的制备方法为沥青焦、氢氧化镁、去离子水按重量份数7∶2∶1搅拌混合均匀、浸泡，将浸泡后的浆状物料加入到搅拌釜中，在氮气保护下，升温到180℃进行物理脱水0.5~1h，转移至煅烧炉中继续升温到400~450℃进行化学脱水，再升温到750℃~850℃煅烧，并在该温度下保温1~1.5h后停止加热，取出自然降至室温，即得；

(2)装炉:采用分层装炉，即先将坩埚底上铺上一层铜片，将氧化镁沥青焦球总量的10%~15%覆盖在铜片之上，然后重复实施上述铺装，直至装完；

(3)抽真空熔炼：关闭真空感应炉炉盖并对真空感应炉抽真空，当真空感应炉炉内真空度小于3Pa时送电加热，在750℃~800℃温度下焦结10~20分钟，升温至1300℃~1350℃进行还原反应20~30分钟，打开充氩气阀，缓慢向真空感应熔炼炉的炉体内充入高纯氩气，使熔炼炉内压力升至-0.08Mpa时，进行精炼，精炼时间15~20分钟，精炼过程中使用石墨棒进行搅拌，后关闭氩气阀；

(4)浇铸：将合金液浇铸到铸模腔，浇铸完成。

2.如权利要求1所述的一种铜镁合金的制备方法，其特征在于，步所述骤(2)中坩埚为石墨坩埚。

3.如权利要求1所述的一种铜镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中浇铸将加热功率降至40KW±5KW，保持20~25s开始浇铸在300~350℃预热1~1.5h 的铁铸模腔，浇铸时间10~15s。