[發(fā)明專利]非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110450171.0
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN103184357A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新
• 申請（專利權(quán)）人: 北京新北銅鋁業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C9/00;B22D21/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;屈獻(xiàn)莊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。

背景技術(shù)

銅-鉻-鋯合金的化學(xué)成分為：0.5％～1.2％的鉻，0.05％～0.25％的鋯，余量為銅。銅-鉻-鋯合金具有高的強度和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。自美國發(fā)明它以來，被廣泛用于高強、高導(dǎo)領(lǐng)域，它是目前研制出的唯一能夠滿足超大規(guī)模集成電路性能要求的高強、高導(dǎo)引線框架材料。銅-鉻-鋯合金的抗拉強度：Rm≥600Mpa，導(dǎo)電率：λ≥80％I?ACS，它還有高達(dá)500℃以上的再結(jié)晶溫度。

銅-鉻-鋯合金的工業(yè)化生產(chǎn)的首要問題是熔煉和鑄造，由于鉻和鋯與氧的親和力很強，因此在熔煉和鑄造時必須解決合金元素的氧化損失問題。目前國內(nèi)外均采用真空熔煉和鑄造的方法。

銅-鉻-鋯合金采用真空熔煉和鑄造的方法，其優(yōu)點是：①防止了鉻和鋯的氧化損失，金屬鉻和金屬鋯的收得率高；②合金的含氣量低，致密性好；③周圍環(huán)境影響小。但是該方法也有很多缺點：①生產(chǎn)能力小，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)；②生產(chǎn)成本高；③生產(chǎn)效率低，大規(guī)格的材料難生產(chǎn)；④真空時鉻易揮發(fā)，清理爐子時對人身體健康有一定的影響；⑤市場的競爭能力差。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的非真空熔煉和澆鑄的方法，成了各生產(chǎn)企業(yè)迫切解決的難題。

雖然該合金目前大多以真空熔煉和鑄造的方法生產(chǎn)，但還是有企業(yè)對非真空熔煉和澆鑄進(jìn)行了研究，如中國發(fā)明專利ZL200610085210.0(申請日2006年6月2日，授權(quán)公告號CN100425715C)描述了非真空熔煉和澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法。該方法是在保護(hù)氣體的保護(hù)下，將銅和銅-鉻中間合金以及金屬鋯加入到感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉完成后從感應(yīng)電爐的底部開一個口，成為下澆口，下澆口與結(jié)晶器相連接，同時也有保護(hù)氣體裝置提供氣體保護(hù)，整個過程都在保護(hù)氣體下進(jìn)行，從而降低氧化燒損率。該方法雖然可以減少氧化燒損，但是需要一套保護(hù)氣體裝置，自制或購買保護(hù)氣體均會增加生產(chǎn)成本；采用中間合金的方式加金屬鉻，需要首先制備銅-鉻中間合金，同樣會增加生產(chǎn)成本；另外；澆口開在感應(yīng)電爐的底部，一是安全問題無法保證，二是作為實驗裝置進(jìn)行少量試驗是可以的，但要進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)是無法滿足要求的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、成本低、金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少并能夠進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)熔煉前先烘熔煉爐，然后將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內(nèi)，快速升溫至1150～1250℃使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300～1400℃；

(2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3～5mm的顆粒，用耐火容器盛放并密封，然后將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，之后取出耐火容器備用，維持爐膛溫度在1300～1400℃之間；

(3)用銅箔包裹金屬鋯，用耐火棒將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，然后取出耐火棒，維持爐膛溫度在1250～1350℃之間，保溫5～10分鐘后停爐，扒渣；

(4)調(diào)節(jié)熔煉爐功率，使?fàn)t膛內(nèi)溫度為1200～1300℃，然后將熔煉爐中的熔體轉(zhuǎn)入澆包中，之后進(jìn)行澆鑄。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述含銅原料包括電解銅和熔煉返料；所述覆蓋劑為重量比為1∶1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆蓋劑的加入量為含銅原料總重量的1～2％。

進(jìn)一步，步驟(2)中，所述耐火容器耐溫1350～1600℃；盛放金屬鉻顆粒后，所述耐火容器的開口處以銅箔密封，銅箔厚度為1～1.5mm。

再進(jìn)一步，所述耐火容器壓入銅水中的深度為10～15cm。

進(jìn)一步，步驟(3)中，所述耐火棒為石墨棒；包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為15～20cm。

進(jìn)一步，所述澆包的底部設(shè)有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內(nèi)設(shè)有塞棒。

本發(fā)明的有益效果在于：

第一，本發(fā)明在非真空條件下直接將金屬鉻和金屬鋯加入銅水中，金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少，鉻的氧化損失率為5～10％，鋯的氧化損失率10～15％。

第二，本發(fā)明不使用昂貴的真空設(shè)備和保護(hù)氣體裝置，生產(chǎn)成本降低50％左右。

第三，本發(fā)明向銅水中加金屬鉻和金屬鋯時，金屬鉻和金屬鋯均以單體形式加入，而不是采用中間合金的形式，免去了制造中間合金的成本或中間合金購置成本，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。