一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法
【专利摘要】一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法，按照合金成分，将金属Cu粉和金属Cr粉按照Cr重量含量为10wt%～90wt%的比例配混合粉体。将配制好的CuCr混合粉体装入石墨模具后放入放电等离子烧结炉中，在施加压力的同时以50～300oC/min升温速率升温至烧结温度，保温1～5min，随炉冷却，全部烧结过程少于20分钟。本发明可以根据不同CuCr合金材料选择不同的压力条件和烧结温度，制备工艺简单，周期短，生产效率高，所需生产设备简单，对环境友好，而且制备的CuCr合金材料成分均匀，氧等气体杂质含量极低，纯度高，组织致密，Cr相细小且分布均匀，导电性好，能满足高性能输变电设备的需要。
【专利说明】
一种快速低温烧结制备CuGr合金材料的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种快速低温烧结制备Cu Cr合金材料的方法，具体属于合金材料制备技术领域。
技术背景
[0002]CuCr合金普遍应用于能源化工和航空航天等领域的主导材料。在冶金学中要求这种材料具有良好的成分均匀性，适中Cr颗粒的大小，高密度和高纯度，合适的硬度，以及力学的强塑性方面能够良好匹配。由于Cr具有高的化学活性，不易与Cu形成固溶体，因此在铜铬合金的研发相当长的一段时间内，采用粉末冶金工艺来制备Cr的骨架。然后渗Cu而得到一定形状的材料;必要时再对烧结坯进行冷复压或热复压，从而使产品达到符合要求的密度和强度。
[0003]CuCr合金因具有较好的耐电压强度和良好的开断电流能力，作为触头材料广泛用于中高压真空断路器中。气体、杂质含量和显微组织形貌等是决定其性能的关键。当材料中含有较高的氧含量或较多的夹杂物时，将极大地损害触头性能甚至不能使用。合金显微组织的不均匀将会产生偏析，降低合金的使用性能。合金中的Cr相越细小，则耐电压强度越高。因此，不断降低材料中的气体含量、减少夹杂物的污染和显微组织细小均匀化是发展高性能CuCr触头材料的关键。
[0004]综合国内外的研究结果表明，CuCr合金的性能取决于其组织结构的致密性和均匀性。在常规粉末冶金烧结条件下，金属铜和铬之间互不溶解，浸润性差，使两种粉末复合的致密化过程进行相对困难，迄今，CuCr合金的制造方法主要有以下三种:(I)熔渗法；(2)冷压烧结法；(3)电弧熔炼法。在冶金过程中，无论是熔渗还是烧结，合金组元Cr基本上保持固态分布的，而颗粒的大小基本保持不变。受到制备工艺的影响，产品总是存在一定的缺陷，导致材料的性能和寿命会有影响。20世纪中期，德国开发出CuCr合金的电弧熔炼技术，并投入工业生产。国内近几年除引进该工艺设备外，也进行了试验。此外国内外还有人进行了有坩祸感应熔炼，等离子熔炼等工艺试验，由于Cr与O2，他易产生化学反应，而且生成的铬氧化物很难被还原。因此CuCr合金的熔炼必须在高真空或惰性保护气氛中进行。合金材料的烧结是一个持续的致密化过程，在传统的烧结方法中，烧结温度越高，烧结时间越长，其致密化程度越大，但同时会引起Cr相粗大，从而影响CuCr合金的性能。中国专利102728843B公开了一种CuCr触头材料的制备工艺，该工艺制备CuCr合金的温度较高，时间长，致密度较低，气体杂质含量较高，其使用性能受到影响。如何控制CuCr合金的烧结过程，大大缩短烧结时间，实现快速低温烧结，获得高强度和高致密的CuCr合金，这在拓展合金材料的应用领域方面显得尤为重要。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对传统烧结工艺技术制备CuCr合金材料存在的问题，本发明提供一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法，按照Cr重量百分比为10wt%?90wt%的比例，将金属Cu粉和金属Cr粉配制成铜铬混合粉体后装入石墨模具，再放入放电等离子烧结炉进行低温快速烧结。所述的低温快速烧结条件为:对铜铬混合粉体施加压力20?lOOMPa，持续整个烧结过程;真空度为10—1?10—3Pa ；烧结温度为800?900°C，升温速率50?300°C/min，保温时间I?5min0
[0007]本发明优点:本发明可以根据不同CuCr合金材料选择不同的压力条件和烧结温度，制备工艺简单，周期短，生产效率高，所需生产设备简单，对环境友好，而且制备的CuCr合金材料成分均匀，氧等气体杂质含量极低，纯度高，材料致密度大于99.5%，Cr相细小且分布均匀，导电性好，能满足高性能输变电设备的需要。
[0008]
【附图说明】
[0009]图1:本发明所制备的CuCr合金材料金相显微照片。
【具体实施方式】
[0010]下面通过具体实施例进一步描述本发明。
[0011]实施例1
将Cu:Cr的重量比为9:1的Cu、Cr混合粉体用机械法干混4小时后，取一定质量的混合粉装入石墨模具，放入放电等离子烧结设备中，在真空度多1*10—2Pa,烧结的压力为20MPa的条件下，以200°C/min升温速率升温至850°C，保温5min，随炉冷却，即得高致密和高强度的CuCr合金。
[0012]上述所得的CuCr合金材料经测试密度为8.68g/cm3，硬度(HB)80，明显高于市售产品的性能。
[0013]实施例2
将Cu: Cr的重量比为7:3的Cu、Cr混合粉体用机械法干混4小时后，取一定质量的混合粉装入石墨模具，放入放电等离子烧结设备中，在真空度多5*10—2Pa,烧结的压力为50MPa的条件下，以200°C/min升温速率升温至850°C，保温3min，随炉冷却，即得完全致密和高强度的CuCr合金。
[0014]上述所得的CuCr合金材料经测试密度为8.228g/cm3，硬度(HB)83，明显高于市售产品的性能。
[0015]实施例3
将Cu: Cr的重量比为5:5的Cu、Cr混合粉体用机械法干混4小时后，取一定质量的混合粉装入石墨模具，放入放电等离子烧结设备中，在真空度多5*10—3Pa,烧结的压力为10MPa的条件下，以200°C/min升温速率升温至900°C，保温3min，随炉冷却，即得完全致密和高强度的Cu Cr合金。
[0016]上述所得的CuCr合金材料经测试密度为7.95g/cm3，硬度(HB)86，明显高于市售产品的性能。
[0017]以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法，其特征在于:所述的方法为:按照Cr重量百分比为10wt%?90wt%的比例，将金属Cu粉和金属Cr粉配制成铜络混合粉体后装入石墨模具，再放入放电等离子烧结炉进行低温快速烧结;所述的低温快速烧结条件为:对铜铬混合粉体施加压力20?lOOMPa，持续整个烧结过程;真空度为10—1?10—3Pa;烧结温度为800?900°(:，升温速率50?300°(:/1^11，保温时间1?51^11。
【文档编号】C22C1/04GK106086493SQ201610681271
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月18日 公开号201610681271.7, CN 106086493 A, CN 106086493A, CN 201610681271, CN-A-106086493, CN106086493 A, CN106086493A, CN201610681271, CN201610681271.7
【发明人】王操, 陈雅娟
【申请人】江西理工大学