专利名称：一种Cu-Cr-Zr合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及合金技术领域,具体涉及ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法。
背景技术：
Cu-Cr-Zr合金具有在一定強度的条件下，能保持很高电导率的特点，因此在电力电线、电阻焊电极、集成电路和引线框架等领域发挥着巨大作用，关于其制备方法也得到了广泛研究。
目前Cu-Cr-Zr合金的制备方法主要有两种，ー种是用纯Cu、纯Zr加纯Cr的配料方法直接熔炼制备Cu-Cr-Zr合金；另一种是用Cu-Cr合金加纯Zr (或海绵错)的配料方法熔炼制备Cu-Cr-Zr合金。目前制备Cu-Cr-Zr合金的难点在于活泼元素Zr的收得率和均匀添加。Zr元素是ー种非常活泼的元素，与氧的亲合力强，在空气中极易形成氧化锆，除了惰性气体外，所有的气体在高温下都能与Zr发生反应。因此，在大气中熔炼制备Cu-Cr-Zr合金吋，Zr会与空气中的氧气、氮气等发生反应，导致Zr元素的损耗严重，其收得率较低。为了克服由于Zr与空气中的氧气等反应导致的Zr元素收得率低问题，目前エ业上生产Cu-Cr-Zr合金时采用真空熔炼制备法、可控气氛保护熔炼制备法等，这些制备方法共同的特点是在真空或保护气氛下熔炼，以减少Zr元素的损耗。目前エ业生产Cu-Cr-Zr合金的方法为采用纯Cu+纯Zr+纯Cr或Cu-Cr合金+纯Zr(或海绵锆)的配料方法，在坩埚内采用真空熔炼制备法或可控气氛保护熔炼制备法等进行熔炼制备Cu-Cr-Zr合金。但由于Cu的熔点是1357K，Cr、Zr的熔点分别为2176K和2125K，在正常熔炼温度下，Cr和Zr是不熔化的，但是在Cu熔化前的高温阶段，真空熔炼制备法制备会因为真空条件的负压作用造成Zr元素的挥发而造成损耗，可控气氛保护熔炼制备法制备会因空气中氧气和氮气通过扩散进入保护气体，在保护气体中或在保护气体与熔体的界面，氧气和氮气与扩散或挥发出来的Zr元素会发生化学反应，从而造成Zr元素的损耗。因此，目前Cu-CrZr合金的生产方法Zr的收得率都不是很高。另外，由于目前熔炼制备Cu-Cr-Zr合金时添加的是块状的Zr，而Zr在正常的熔炼温度下是不熔化的，因此Zr在Cu-Cr-Zr合金中是靠浓度梯度的差异进行慢慢扩散，如果熔炼时间太短，Zr合金元素的扩散不充分，Zr元素就会以块状形态偏聚，造成Cu-Cr-Zr合金成分的不均勻，如果熔炼时间过长则会造成Zr、Cr元素损耗过大,且耗能增加。因此，在制备Cu-Cr-Zr合金时如何減少Zr元素的损耗，提高Zr元素收得率，同时实现Zr元素在Cu-Cr-Zr合金中的均匀分散是目前Cu-Cr-Zr合金制备中急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法，包括以下步骤(I)在大气条件下，将纯铜熔化，制成纯铜熔液，然后将所述纯铜熔液浇入装有Zr粒或海绵锆的坩埚中，Zr粒或海绵锆被纯铜熔液包覆，在大气条件下自然冷却制得固态的Zr的铜包覆物；(2)步骤(I)制得的Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，熔炼温度控制为1350 1365 0C，制得 Cu-Zr 合金；(3)所述Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，熔炼温度控制为1360 1370°C，制得 Cu-Cr-Zr 合金。步骤(I)中所述Zr粒或海绵错可以采用Zr粒和纯Cr或者海绵错和纯Cr替代。步骤(2)和步骤(3)所述熔炼时为确保熔炼进行不受影响，采用真空条件下熔炼，其真空度优选为8 12Pa。 步骤(I)中的操作在大气条件下进行，无需真空条件下进行或采用惰性气体保护，操作简便。为了提高制得的Cu-Cr-Zr合金中的Cr含量，可以在步骤(I)中制备Zr的铜包覆物时，将需添加的Cr采用纯Cr的形式和Zr放在一起进行包覆。本发明的Cu-Cr-Zr合金的制备方法中，若熔炼温度过低，会造成Zr元素在Cu基体中的扩散速度变慢，容易引起Zr元素在整个基材上分布不均匀，若温度过高则容易造成合金组织晶粒粗大甚至组织过热，降低所熔炼合金的力学性能。因此限定步骤2)Zr的铜包覆物的熔炼温度为1350 1365°C。由于本发明制备方法的骤存在Zr和Cr两种合金添加元素，其扩散过程存在相互交叉影响，并且合金元素的増加会使合金的熔点略有提高，为了使合金元素在一定时间内扩散更加充分，提高最终制备合金的组织均匀性，其熔炼温度较Cu-Zr中间合金的熔炼温度提高了约5°C，若熔炼温度过低会造成合金元素在基体中分布不均匀，若熔炼温度过高则会引起合金晶粒粗大甚至组织过热，造成制备合金力学性能大幅下降。因此限定步骤3)Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合熔炼温度为1360 1370°C。本发明提供的Cu-Cr-Zr合金的制备方法具有以下优点—、通过用熔化的铜液包覆Zr颗粒制备Zr的铜包覆物,使Zr颗粒瞬间处于铜液包覆之中，避免了现有熔炼エ艺中Zr元素在加热过程中因为挥发或化学反应而造成的损耗；ニ、在真空条件下熔炼Zr的铜包覆物制备Cu-Zr合金，因为Zr颗粒被铜包覆，在熔炼过程中，Zr元素是从Zr的铜包覆物的心部或底部向表面或上部扩散，在合金熔炼的大部分时间里，合金表面的Zr元素含量很低，有效减少了 Zr元素的挥发或化学反应；三、采用Cu-Cr合金与Cu-Zr合金混合熔炼进行Cu-Cr-Zr合金的制备方法相比现有的用纯Cu+纯Zr+纯Cr或Cu-Cr合金+纯Zr (或海绵错)的配料方法直接制备Cu-Cr-Zr合金的熔炼方法，由于Zr元素在制备Cu-Zr合金过程中已经进行了一次Zr元素的扩散过程，Cu-Zr合金中Zr元素的分散是比较均勻的,在下ー步和Cu-Cr合金混合熔炼制备Cu-Cr-Zr 合金的过程中，Zr在Cu-Cr-Zr合金中的均勻分散速度要远高于现有的用纯Cu+纯Zr+纯Cr或Cu-Cr合金+纯Zr (或海绵错)的配料方法直接制备Cu-Cr-Zr合金的熔炼方法中纯Zr粒向Cu-Cr-Zr合金中的扩散速度，因此本发明提供的Cu-Cr-Zr合金的制备方法不仅显著缩短了 Cu-Cr-Zr合金的熔炼保温时间，进而減少了 Zr元素在高温熔炼过程中的损耗，同时还保证了 Zr元素在合金中的均匀分布。
本发明提供的Cu-Cr-Zr合金的制备方法有效减少了贵金属Zr元素在合金熔炼过程中的损耗，明显提供了 Zr元素的收得率，降低了 Cu-Cr-Zr合金的生产成本，同时采用本发明提供的Cu-Cr-Zr合金的制备方法制得的Cu-Cr-Zr合金中Zr元素的分布更加均匀，Cu-Cr-Zr合金的组织均勻性好,提高了 Cu-Cr-Zr合金的使用性能。
图I为本发明实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金的扫描电镜面分析图；图2为本发明对比例制得的Cu-Cr-Zr合金的扫描电镜面分析图。
具体实施方式
实施例I本实施例提供了ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法，具体步骤为(I)在大气条件下，将纯铜熔化，制成纯铜熔液，然后将纯铜熔液浇入装有Zr粒的坩埚中，Zr粒被纯铜熔液包覆，在大气条件下自然冷却制得固态的Zr的铜包覆物；(2)步骤(I)制得的Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，真空度为8Pa，熔炼温度控制为1350°C，制得Cu-Zr合金；(3)步骤(2)制得的Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，真空度为9Pa，熔炼温度控制为1365°C，制得Cu-Cr-Zr合金。实施例2本实施例提供了另ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法，具体步骤为( I)在大气条件下，将纯铜熔化，制成纯铜熔液，然后将纯铜熔液浇入装有海绵锆的坩埚中，海绵锆被纯铜熔液包覆，在大气条件下自然冷却制得固态的Zr的铜包覆物；(2)步骤(I)制得的Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，真空度为10Pa，熔炼温度控制为1365°C，制得Cu-Zr合金；(3)步骤(2)制得的Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，真空度为llPa，熔炼温度控制为1370°C，制得Cu-Cr-Zr合金。实施例3本实施例提供了另ー种Cu-Cr-Zr合金的制备方法，具体步骤为( I)在大气条件下，将纯铜熔化，制成纯铜熔液，然后将纯铜熔液浇入装有海绵锆的坩埚中，海绵锆被纯铜熔液包覆，在大气条件下自然冷却制得固态的Zr的铜包覆物；(2)步骤(I)制得的Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，真空度为12Pa，熔炼温度控制为1355°C，制得Cu-Zr合金；(3)步骤(2)制得的Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，真空度为12Pa，熔炼温度控制为1360°C，制得Cu-Cr-Zr合金。对比例采用现有的エ业生产Cu-Cr-Zr合金的方法制备Cu-Cr-Zr合金，具体方法为采用Cu-Cr合金+纯Zr粒的配料方法，在坩埚内采用真空熔炼制备法进行熔炼制备Cu-Cr-Zr合金。对实施例I和对比例制得的Cu-Cr-Zr合金进行分析比较，实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金的扫描电镜图见图I所示，对比例制得的Cu-Cr-Zr合金的扫描电镜图见图2所示。实施例I中在制备Cu-Cr-Zr合金时所使用的原料中Cu、Cr和Zr三种元素的用量配比为Zr元素的重量百分含量为O. 7%,Cr元素的重量百分含量为I. 5%,余量为Cu。实施例I最終制得的Cu-Cr-Zr合金经过实际检测，其中Zr的重量百分含量为O. 52%，Cr的重量百分含量为I. 13%，余量为Cu。Zr的收得率为74. 28%。对比例中在制备Cu-Cr-Zr合金时所使用的原料中Cu、Cr和Zr三种元素的用量配比为Zr元素的重量百分含量为O. 7%, Cr元素的重量百分含量为I. 5%,余量为Cu。对比例最終制得的Cu-Cr-Zr合金经过实际检测，其中Zr的重量百分含量为O. 40%,Cr的重量百分含量为I. 12%，余量为Cu。Zr的收得率为57. 14%。 实施例I提供的Cu-Cr-Zr合金的制备方法比对比例制备方法的Zr的收得率提高达17%以上，Zr的收得率显著提高。根据Cu-Zr ニ元合金相图可知，密排六方的Zr与面心立方的Cu在常温下几乎不互溶，Zr元素在整个Cu-Zr ニ元合金中主要是沿晶界分布，当Zr含量达到一定程度吋，Zr元素会富集在一起，呈粒状或块状存在。通过图I和图2可以看出，实施例I和对比例制得的Cu-Cr-Zr合金中Zr元素分布都比较均匀，Zr元素在整个Cu-Cr-Zr合金中呈弥散分布，只有少量的富集Zr颗粒的粒状组织存在。但通过将图I和图2进行比较可以看出，虽然实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金中Zr含量明显高于对比例制得的Cu-Cr-Zr合金中Zr含量，但实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金中富集Zr颗粒的粒状组织并没有增多，这说明Zr元素在实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金中的分布较在对比例制得的Cu-Cr-Zr合金中的分布更加均匀，实施例I制得的Cu-Cr-Zr合金的组织均匀性好于对比例制得的Cu-Cr-Zr合金。
权利要求
1.一种Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)在大气条件下，将纯铜熔化，制成纯铜熔液，然后将所述纯铜熔液浇入装有Zr粒或海绵锆的坩埚中，Zr粒或海绵锆被纯铜熔液包覆，在大气条件下自然冷却制得固态的Zr的铜包覆物； (2)步骤(I)制得的Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，熔炼温度控制为1350 1365 °C，制得 Cu-Zr 合金； (3)所述Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，熔炼温度控制为1360 1370°C，制得 Cu-Cr-Zr 合金。
2.根据权利要求I所述的Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述Zr粒或海绵锆可以采用Zr粒和纯Cr或者海绵锆和纯Cr替代。
3.根据权利要求I所述的Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔炼的真空度为8 12Pa。
4.根据权利要求I所述的Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述熔炼的真空度为8 12Pa。
全文摘要
本发明属于合金技术领域，具体公开了一种Cu-Cr-Zr合金的制备方法。该制备方法包括以下步骤首先在大气条件下，将纯铜熔液浇入装有Zr粒或海绵锆的坩埚中，制得Zr的铜包覆物；之后将Zr的铜包覆物在真空条件下进行熔炼，制得Cu-Zr合金；制得的Cu-Zr合金与Cu-Cr合金混合，在真空条件下进行熔炼，制得Cu-Cr-Zr合金。本发明Cu-Cr-Zr合金的制备方法有效减少了Zr元素在合金熔炼过程中的损耗，提供了Zr元素的收得率，降低了Cu-Cr-Zr合金的生产成本，同时制得的Cu-Cr-Zr合金中Zr元素的分布更加均匀，Cu-Cr-Zr合金的组织均匀性好，提高了Cu-Cr-Zr合金的使用性能。
文档编号C22C1/03GK102703740SQ20121020691
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘作庆, 张国顺, 张艺高, 李亚斐, 王路平, 范艳艳, 雷咸伦 申请人:平高集团有限公司, 河南平高电气股份有限公司