制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法
【专利摘要】本发明提出一种制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，根据本发明的建议，该方法包括：步骤1：对银和铜进行清洗并烘干；步骤2：将烘干后的所述银和所述铜放入具有玻璃净化剂的坩埚内；步骤3：将所述坩埚置于真空室内，并对所述真空室抽真空；步骤4：抽真空完成后往所述真空室内充入高纯度的氩气；步骤5：所述真空室内加热至超过所述银-铜共晶合金的熔点200k至600k，且保持该温度最多不超过5分钟；步骤6：冷却所述银和所述铜形成的合金；步骤7：重复所述步骤5和所述步骤6，最多不超过7次；步骤8：获得定向银-铜共晶合金。
【专利说明】制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料【技术领域】，特别涉及一种制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法。
【背景技术】
[0002]材料形成过程大都经历凝固，凝固组织状况直接决定材料性能的优劣。对于常规凝固而言，凝固时的过冷度仅几度或者更小，晶体的生长速率相应不超过lcm/s。如果采取措施能使合金以较快的凝固速率从液态转变为固态，必将获得普通铸件无法得到的组织结构，不同的组织决定不同的性能，因此深过冷快凝合金可呈现一系列与常规铸造合金不同的性能，如高强韧性，高温抗蠕变性能，阻尼、电磁以及耐腐蚀性能等。
[0003]以往对过冷共晶合金的凝固研究主要集中在由固溶体相一金属间化合物相组成的共晶体系，如Co-Sb，Co-Ge, Co-Mo, Co-Sn, N1-Mo, N1-Sn和N1-Si等，此类共晶两相的成分差别比较小；而当共晶产物为端部固溶体相一端部固溶体相时，如银-铜等，共晶两相的成分差别比较大，凝固过程中溶质分凝显著，共晶凝固过程中耦合生长的过冷度区间相对较大，有利于对共晶耦合生长过程中的多种现象进行分析和研究。但Walder S.等人在((Journal of Applied Physics》(应用物理学杂志)(1993，73 (4): 1965-1970)上发表的文章“Nonequilibrium solidification in undercoolea melts of the alloy Ag-39.9at.%Cu”(“过冷Ag-39.9at.%Cu共晶合金熔体的非平衡凝固”)介绍到:采用熔融玻璃浄化和循环过热相结合的方法对银-铜共晶合金进行过冷实验，结果要经过30多次的循环才最終得到最大77K的过冷度。
【发明内容】
[0004]为了克服已有技术中存在的至少ー个问题，本发明提出一种循环次数少、工作效率高的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提出一种制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，包括以下步骤:步骤1:对银和铜进行清洗并烘干；步骤2:将烘干后的所述银和所述铜放入具有玻璃净化剂的坩埚内；步骤3:将所述坩埚置于真空室内，并对所述真空室抽真空；步骤4:抽真空完成后往所述真空室内充入高纯度的氩气；步骤5:所述真空室内加热至超过所述银-铜共晶合金的熔点200k至600k，且保持该温度最多不超过5分钟；步骤6:冷却所述银和所述铜形成的合金；步骤7:重复所述步骤5和所述步骤6，最多不超过7次；步骤8:获得定向银-铜共晶合金。
[0006]可选的，所述银和所述铜的纯度均大于99.999%。
[0007]可选的，在所述坩埚的底部先放置玻璃净化剂粉末，在放入所述银和所述铜之后，再放入玻璃净化剂粉末。
[0008]可选的，所述玻璃净化剂由重量百分比分别为12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的 Na2SiOJi成。[0009]可选的，将重量百分比分别为12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3混合后在电阻炉内加热至1273k，在液态下保温6小时进行充分脱水，最后破碎成颗粒状，形成玻璃净化剂。
[0010]可选的，对所述真空室抽真空，使得所述真空室的真空度达到2X10_3Pa。
[0011]可选的，往所述真空室内充入高纯度的氩气，直至所述真空室内的真空度达到
0.08MPa。
[0012]可选的,使用高频感应线圈给所述真空室快速加热。
[0013]可选的，所述银-铜共晶合金冷却后再次加热的温度低于冷却前所述银-铜共晶合金白勺温度。
[0014]本发明制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法的有益效果主要表现在:本发明制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法通过合理控制加热温度，保温时间和循环次数等エ艺參数，只需触发形核和较少的循环次数便可制备出具有定向胞状和树枝状组织特征的银-铜共晶合金，而且只用7次的循环次数就可以达到100K的过冷度，大大提高了工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例和附`图1对本发明作进ー步的描述。
[0017]本发明提出一种制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，包括
[0018]步骤10:对银和铜进行清洗并烘干，把纯度均大于99.999%的金属原材料Ag和Cu放入装有丙酮的烧杯中，用超声波清洗仪进行10分钟振荡清洗，然后将其烘干；
[0019]步骤11:将烘干后的所述银和所述铜放入具有玻璃净化剂的坩埚内，在石英玻璃坩埚底部放一定量玻璃净化剂粉末，接着放入高纯金属原材料，然后再放入适量的玻璃净化剂，玻璃净化剂的配制成分的质量百分比为12.3% B2O3>17.7% Na2B4O7和70% Na2SiO3,由化学纯试剂按比例混合后在自制井式电阻炉内加热至1273K，在液态下保温6h左右进行充分脱水，然后破碎成颗粒状置于干燥皿内备用；
[0020]步骤12:将所述坩埚置于真空室内，并对所述真空室抽真空，坩埚为石英坩埚，放置于真空室内闻招砖基底上，关闭炉门并抽真空；
[0021]步骤13:抽真空完成后往所述真空室内充入高纯度的氩气，当真空度达到2X KT3Pa时，返充高纯氩气至0.08MPa ；
[0022]步骤14:所述真空室内加热至超过所述银-铜共晶合金的熔点200k至600k，且保持该温度最多不超过5分钟；
[0023]步骤15:冷却所述银和所述铜形成的合金；
[0024]步骤16:判断冷却次数是否达到7次，若否，则转入步骤14，若是，则转入步骤17 ；
[0025]步骤17:获得定向银-铜共晶合金。
[0026]反复进行“加热熔化ー过热保温一冷却凝固”的循环过程，过热度对过冷度的影响最大，其次是循环次数，最后保温时间对过冷度的影响最小；第一次循环加热时用大的过热度和充分的保温时间，可以充分熔化合金等材料，使玻璃净化剂与杂质充分接触，发生物理或化学反应而消除异质核心；随着循环次数的増加，过热度在合适范围内逐渐减小，由于合金液的遗传性和杂质的充分去除，过冷度逐渐増大；循环次数不宜过多，否则造成玻璃熔体吸附杂质的能力下降，或使原来已被吸附的形核质点有可能重新进入合金熔体中，导致过冷度下降。
[0027]合金温度采用经标准双钼铑热电偶标定的CIT红外测温系统监測，由PC終端实时监测其过冷度。CIT红外测温系统主要性能指标为:量程350~1700°C，响应时间1ms，相对误差为±1°C。在冷却的过程中，当过冷度达到所需值时，进行触发形核，随后自然冷却。
[0028]下面请參考3个具体的实施方式。
[0029]第一实施例:将清洗干燥后的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保温壳层中的石英玻璃坩埚内，并在底部和金属上表面放一定量玻璃净化剂粉末；通过高频感应线圈感应加热合金至1653K，保温5分钟，使合金等材料充分熔化，玻璃净化剂与杂质充分接触，发生物理或化学反应而消除异质核心；降温凝固后，进行第二次循环加热至1553K，直接冷却凝固；进行第三次循环，再加热至1503K冷却，获得30K过冷度时，进行触发形核，然后自然冷却凝固。该エ艺得到的合金表面和内部微观组织为定向胞状晶组织。
[0030]第二实施例:将清洗干燥后的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保温壳层中的石英玻璃坩埚内，并在底部和金属上表面放一定量玻璃净化剂粉末；通过高频感应线圈感应加热合金至1653K，保温5分钟，使合金等材料充分熔化，玻璃净化剂与杂质充分接触，发生物理或化学反应而消除异质核心；降温凝固后，进行第二次循环加热至1553K，直接冷却凝固；进行第三次循环，再加热至1453K，然后冷却凝固；进行第四次循环，加热至1403K，然后冷却凝固⑥进行第五次循环，加热至1353K，然后冷却凝固；进行第六次循环，加热至1313K冷却，获得85K过冷度时，进行触发形核，然后自然冷却凝固。该エ艺得到的合金表面和内部微观组织为粗大的定向树枝晶组织。
[0031]第三实施例:将清洗干燥后的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保温壳层中的石英玻璃坩埚内，并在底部和金属上表面放一定量玻璃净化剂粉末；通过高频感应线圈感应加热合金至1653K，保温5分钟，使合金等材料充分熔化，玻璃净化剂与杂质充分接触，发生物理或化学反应而消除异质核心；降温凝固后，进行第二次循环加热至1553K，直接冷却凝固；进行第三次循环，再加热至1453K，然后冷却凝固；进行第四次循环，加热至1403K，然后冷却凝固；进行第五次循环，加热至1353K，然后冷却凝固；进行第六次循环，加热至1303K，然后冷却凝固；进行第七次循环，加热至1253K冷却，获得100K过冷度时，进行触发形核，然后自然冷却凝固。该エ艺得到的合金表面和内部微观组织为细小的定向树枝晶组织。
[0032]通过大量实验掌握过热度、保温时间和循环次数等エ艺參数对制备具有不同组织特征的定向银-铜共晶合金的影响机理，不断摸索規律，从而大大优化了エ艺过程，制备出具有定向胞状和树枝状组织特征的银-铜共晶合金，采用的エ艺參数为:过热度:200~600K，保温时间:0~5min，循环次数:0~7次，且只用7次的循环次数就可以达到100K过冷度。
[0033]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:对银和铜进行清洗并烘干； 步骤2:将烘干后的所述银和所述铜放入具有玻璃净化剂的坩埚内； 步骤3:将所述坩埚置于真空室内，并对所述真空室抽真空； 步骤4:抽真空完成后往所述真空室内充入高纯度的氩气； 步骤5:所述真空室内加热至超过所述银-铜共晶合金的熔点200k至600k，且保持该温度最多不超过5分钟； 步骤6:冷却所述银和所述铜形成的合金； 步骤7:重复所述步骤5和所述步骤6，最多不超过7次； 步骤8:获得定向银-铜共晶合金。
2.根据权利要求1所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:所述银和所述铜的纯度均大于99.999%。
3.根据权利要求1所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:在所述坩埚的底部先放置玻璃净化剂粉末，在放入所述银和所述铜之后，再放入玻璃净化剂粉末。
4.根据权利要求1或3所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:所述玻璃净化剂由重量百分比分别为12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3组成。`
5.根据权利要求4所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:将重量百分比分别为12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3混合后在电阻炉内加热至1273k，在液态下保温6小时进行充分脱水，最后破碎成颗粒状，形成玻璃净化剂。
6.根据权利要求1所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:对所述真空室抽真空，使得所述真空室的真空度达到2X 10_3Pa。
7.根据权利要求6所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:往所述真空室内充入高纯度的氩气，直至所述真空室内的真空度达到0.08MPa。
8.根据权利要求1所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:使用高频感应线圈给所述真空室快速加热。
9.根据权利要求1所述的制备定向银-铜共晶合金的深过冷方法，其特征在于:所述银-铜共晶合金冷却后再次加热的温度低于冷却前所述银-铜共晶合金的温度。
【文档编号】C22F1/14GK103498116SQ201310442848
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】赵素, 韦东来, 孙会 申请人:上海电机学院