专利名称：一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法
一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法技术领域
本发明属于冶金制备技术领域，具体涉及一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法。
背景技术：
CuNi45合金是制备热电偶和热电偶补偿导线材料的主要材料之一。当前，CuNi45 合金线材主要的制备方法有拉拔法和挤压法。这两种方法所需要的设备和工艺复杂，耗费 时间长，因此开发出成本较低，工艺简单且性能优越的CuM45合金线材的制备方法具有现眉、ο发明内容
本发明的目的是提供一种制备细晶粒CuM45合金线材的方法，解决了现有方法 制备CuM45合金线材制备成本高，设备复杂，周期长的问题，同时通过添加微量元素细化 线材组织中的晶粒，提高材料的热电性能。
本发明所采用的技术方案是，一种制备细晶粒CuM45合金线材的方法，具体按照 以下步骤实施步骤1 按照质量百分比称取1. 0% 3%的Ti粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各 组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证；或者按照质量百分比称取0. 1% 0. 3%的B粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组 分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证；或者按照质量百分比称取1. 0% 3%的( 粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组 分的质量百分比之和为100%，将称取的( 粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证； 步骤2 熔炼将上步得到的Ti粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末 中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭；或者将上步得到的B粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末 中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭；或者将上步得到的( 粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合 粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭； 步骤3 机加工对步骤2得到的CuM45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块； 步骤4:线材的制备将步骤3得到的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放 置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材。
本发明的特点还在于，其中的Ti粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
其中的Ni粉粒度为50 200目，纯度为99. 9%。
其中的铜棒纯度高于99.9%。
其中的B粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
其中的CeA粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
其中的步骤2中的熔炼，具体按照以下步骤实施先对炉内抽真空，使得炉体内 的真空度小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达 到900 1000°C时，再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随炉自然冷却到室温。
其中的步骤4中的二次熔炼，具体按照以下步骤实施先对炉内抽真空，使得炉 体内的真空度小于5Pa ；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内 温度达到900 1000°C时，再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为 1200 1270°C，保温20 60min后，随炉自然冷却到室温。
本发明的有益效果是，提供一种能够制备出合金组织均勻、晶粒比较细小的 CuM45合金线材的制备方法，且本发明方法成本低、耗时短、工艺简单、设备简单、容易实 施。
图1是本发明制备方法的流程图；图2是本发明实施例2中添加1. 0wt%Ti的CuNi45合金铸态SEM照片； 图3是本发明实施例2中添加1. 0wt%Ti的CuNi45合金铸态的线扫描照片； 图4是图3中横线处Cu、Ni的浓度分布曲线图；图5是本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中制备的CuM45合金线材的赛贝 克系数曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。
本发明制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，如图1所示，具体按照以下步骤实 施步骤1 按照质量百分比称取1. 0% 3%的粒度为200 300目纯度为99. 99%的Ti 粉，及45%的粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99. 9%的T2 紫铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti粉与Ni粉混合，混粉时间为 3h 5h ；或者按照质量百分比称取0. 1% 0. 3%的粒度为200 300目纯度为99. 99%的B粉， 及45%的粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99. 9%的T2紫 铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为池 5h ；或者按照质量百分比称取1. 0% 3%的粒度为200 300目纯度为99. 99%的( 粉， 及45%的粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99. 9%的T2 紫铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的( 粉与Ni粉混合，混粉时间为3h 5h。
步骤2:熔炼将上步得到的Ti粉与M粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合好 的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ； 然后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时， 再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭；或者将上步得到的B粉与M粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入混 合好的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于 5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C 时，再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭；或者将上步得到的( 粉与M粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入 混合好的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度 小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时，再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保 温20 70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭。
步骤3:机加工对步骤2得到的CuNi45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成适量合金 块，用于线材的制备。
步骤4:线材的制备将步骤3截取的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后 将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ；然 后对高温炉进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时， 再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200 1270°C，保温20 60min后，随炉自然冷却到室温，得到细晶粒CuNi45合金线材。
实施例1按照CuNi45合金的化学成分质量百分比为Cu :Ni=55% :45%的比例称取粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯Ni粉和纯度高于99. 9%的T2紫铜棒，将称量好的Ni粉和Cu 棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保 证炉体内的真空度小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min,当炉内温度 达到900°C时，再以10°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温 20 70min后，随炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金 进行机加工，车去表皮，用手锯截取适量的合金块用于线材的制备；将截取适量的合金块放 在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉 中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度 为20°C /min,当炉内温度达到900°C时，再以10°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温 度为1200 1270°C，保温20 60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线 材。
实施例2按照Ti =Ni=L 0% 45%的质量百分比称取粒度50 200目纯度为99. 9%的电解纯Ni 粉和粒度为200 300目纯度为99. 99%的Ti粉。再将Ni粉与Ti粉进行混合，混粉时间 为池 证。然后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，粉末要松装放在刚 玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于 5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min，当炉内温度到900°C时，再以10°C / min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随炉自然 冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金进行机加工，车去表皮，再 用手锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗 放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保 证炉体内的真空度小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min,当炉内温度 达到900°C时，再以10°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200 1270°C，保温 20 60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。
如图2、图3及图4所示，可以看出添加1. 0%Ti的合金试样，组织比较均勻，晶粒比 较细小；如图5所示，可以看出添加1.0%Ti的试样与未添加合金元素的试样相比，塞贝克系 数有所提高，塞贝克系数越高，材料的热电性能越好。
实施例3按照B =Ni=O. 1% 45%的质量百分比称取粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯 Ni粉和粒度为200 300目纯度为99. 99%的B粉。再将B粉与Ti粉进行混合，混粉时间 为池 证。然后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，粉末要松装放在 刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小 于5Pa;然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min，当炉内温度达到900°C时，再以 IO0C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随 炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对W-Ti合金进行机加工， 车去表皮，用手锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗 中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内 抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min, 当炉内温度达到900°C时，再以10°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200 1270°C，保温20 60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。
实施例4按照( =Ni=L 0% 45%的质量百分比称取粒度为50 200目纯度为99. 9%的电解纯 Ni粉和纯度为99. 99%的( 粉。再将Ni粉与( 粉进行混合，混粉时间为池 证。然 后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，注意混合粉末要松装放在刚玉坩 埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ； 然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20°C /min,当炉内温度达到900°C时，再以10°C / min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min后，随炉自然冷 却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金进行机加工，车去表皮，用手 锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在 起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉6体内的真空度小于5 ；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20°C /min,当炉内温度达到 900°C时，再以10°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200 1270°C，保温20 60min后，合金随炉冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。
如图5所示，可以看出在四个实施例中，添加微量合金元素的试样与未添加 CuM45合金元素的试样相比，塞贝克系数均有所提高。表1为上述四个实施例制备出的 CuNi45合金的二次枝晶臂间距表1四个实施例制备出的CuNi45合金的二次枝晶臂间距实施例实施例1实施例2实施例3实施例4添加合金元素(Wt%)无1.0%Ti0. 1%B1. 0%Ce02二次枝晶臂间距(μ m)120108106110本发明的发明点所在1. Ti粉具有细化枝晶，减小枝晶偏析，改变第二相形态的作用；对于CuM45合金，前 期的实验表明Ti的添加量<1. 0%或>3%时，对合金组织的影响不明显；而添加1. 0% 3% 的Ti粉，能够细化枝晶，减小枝晶偏析。
2. B粉具有细化合金枝晶组织和改变第二相形态及分布，其主要原因是硼元素在 合金中起到了强变质剂的作用。对于CuNi45合金，前期的实验表明B的添加量<0. 1%或 >0. 3%时，对合金组织的影响不明显；而添加0. 1% 0. 3%的B粉，能够明显达到细化枝晶， 减小枝晶偏析的作用。
3. CeO2在高温下能分解形成[Ce]和
。因此，在高温下( 也可以像单质Ce 一样具有活泼的化学性质。一方面可以细化组织，另一方面可以改变杂质形态和分布；对于 CuNi45合金，前期的实验表明当添加( 粉<1. 0%时，对合金组织的影响不明显；当添加 Ce02>3. 0%时，合金组织不致密。
4.熔炼的工艺参数为先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ；然后对 炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时，再以 10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min 后，随炉自然冷却到室温；由于低温阶段所需要的热量少，高温阶段所需要的热量多，同时考虑到高温炉升温所 允许的速度范围，以及为了使合金在高温阶段能够平稳的混合均勻，所以在低温阶段选择 加热速度为20 30°C /min，高温阶段以10 15°C /min的加热速度继续升温；为了保证 熔炼期间，既能够得到致密而均勻的合金，又能够保证合金元素不挥发损失，所以设定的最 终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min。
5. 二次熔炼的工艺参数为先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa ；然 后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时，再 以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1200 1270°C，保温20 60min 后，随炉自然冷却到室温；由于低温阶段所需要的热量少，高温阶段所需要的热量多，同时考虑到高温炉升 温所允许的速度范围，以及为了使合金在高温阶段能够平稳的混合均勻，所以在低温阶段 选择加热速度为20 30°C /min，高温阶段以10 15°C /min的加热速度继续升温 ’为了 保证二次熔炼期间，既能够得到完整连续而致密均勻的合金线材，又能够不至于将漏斗坩 埚烧坏，所以设定的最终熔炼温度为1200 1270°C，保温20 60min。
权利要求
1.一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施 步骤1 按照质量百分比称取1. 0% 3%的Ti粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证；或者按照质量百分比称取0. 1% 0. 3%的B粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组 分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证；或者按照质量百分比称取1. 0% 3%的( 粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组 分的质量百分比之和为100%，将称取的( 粉与Ni粉混合，混粉时间为池 证； 步骤2 熔炼将上步得到的Ti粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末 中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭；或者将上步得到的B粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末 中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭；或者将上步得到的( 粉与M粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合 粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuM45合金铸锭； 步骤3 机加工对步骤2得到的CuM45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块； 步骤4:线材的制备将步骤3得到的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放 置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材。
2.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述的 Ti粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
3.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述的 Ni粉粒度为50 200目，纯度为99. 9%。
4.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述的 铜棒纯度高于99. 9%。
5.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述的 B粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
6.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述的 CeO2粉粒度为200 300目，纯度为99. 99%。
7.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述步 骤2中的熔炼，具体按照以下步骤实施先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小于5Pa ；然 后对炉内进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时，再 以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300 1450°C，保温20 70min 后，随炉自然冷却到室温。
8.根据权利要求1所述的的制备细晶粒CuM45合金线材的方法，其特征在于，所述 步骤4中的二次熔炼，具体按照以下步骤实施先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小 于5 ；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20 30°C /min,当炉内温度达到900 1000°C时，再以10 15°C /min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200 1270°C，保 温20 60min后，随炉自然冷却到室温。
全文摘要
本发明公开的一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，按照质量百分比称取1.0%～3%的Ti粉及45%的Ni粉，或者称取0.1%～0.3%的B粉及45%的Ni粉，或者称取1.0%～3%的CeO2粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的粉末混合，混粉时间为3h～5h；将混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块；放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材。本发明方法，成本低、耗时短、工艺简单、设备简单、容易实施。
文档编号C22C9/06GK102031414SQ20101058187
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者梁淑华, 王献辉, 邹军涛, 郑林 申请人:西安理工大学