[發明專利]CuNiSn系合金及帶坯組合外場水平連鑄制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201711349301.5
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108188362B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 周科朝;李周;姜業欣;肖柱;龔深;甘雪萍;張縣委
• 申請（專利權）人: 中南大學;中色奧博特銅鋁業有限公司
• 主分類號: B22D11/045
• 分類號: B22D11/045;B22D11/18;B22D11/22;C22C9/06;C22C1/03;B22D11/115;B22D11/114
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種CuNiSn系合金及帶坯組合外場水平連鑄制備方法及裝置。CuNiSn系合金是在Cu基體中，同時含有微合金化元素B、Sr、V；且微合金化元素B、Sr、V的含量之和小于等于CuNiSn系彈性銅合金基體質量的0.3％；制備方法包括合金熔化；水平連鑄，所述水平連鑄工藝流程為：拉伸—停頓一—反推—停頓二—拉伸；所述水平連鑄設備的結晶器出口端設有在帶坯周邊形成氣簾的氮氣噴嘴；在保溫爐中還設有采用高耐熱低超聲衰減的氮化硼陶瓷套管封閉的超聲波發生器；在結晶器入口環套有電磁感應線圈。本發明所制備的CuNiSn系彈性銅合金具有超高強度、高抗應力松弛等特性，可適用于航天、航空以及微電子工業用的高性能導電彈性器件。

技術領域

本發明涉及一種CuNiSn系銅合金及制備方法及裝置，特別是指一種CuNiSn系彈性銅合金及帶坯組合外場水平連鑄制備方法及裝置。屬于高強彈性銅合金及連鑄制備技術領域。

背景技術

相對于鈹青銅，CuNiSn合金具有成本低、無毒、抗蝕性和焊接性好、高溫下有較高的強度和熱穩定性等諸多優點，在250℃以上性能優于鈹青銅,目前國際上開發的系列CuNiSn合金，如Cu9Ni6Sn系、Cu15Ni8Sn系、Cu9Ni2Sn系等合金已成功用于繼電器、電位器、開關、接插件以及高精度儀器儀表傳感器中的敏感元件。在CuNiSn系合金制備過程中，由于Sn的熔點與Cu的熔點差異較大，二者液態表面張力差別大，同時，對于高鎳和錫含量的合金固液相線溫差大，在冷卻凝固過程中極易產生Sn的反偏析以及枝晶偏析，從而惡化組織，給合金的后續加工帶來困難，造成性能下降，性能的均勻性更是降低。為此人們采取了各種相應措施來抑制錫的反偏析。為了克服Sn在常規鑄造工藝中的反偏析問題，目前常用的CuNiSn系合金制備工藝主要有以下幾種：

(1)真空熔煉法。與非真空熔煉法相比，真空熔煉法可以在一定程度上抑制Sn的區域偏析。此工藝是將Cu、Ni、Sn以及其他元素，按照設定的比例放入感應爐中坩堝內，邊加熱邊抽真空，達到要求的真空度后，熔煉并進行澆鑄。此時得到的合金的坯錠的區域偏析有一定程度的改善，但不能根除。該方法最大的缺陷是真空熔煉工藝流程長、晶粒粗大，坯錠制造成本高、且鑄錠規格受到限制。

(2)粉末冶金法。研究者們較多選用另一種制備方法是粉末冶金法，以此來抑制傳統熔鑄工藝中Sn元素的區域偏析問題。具體工藝是：先通過霧化法等制備得到設定成分的CuNiSn合金粉，再采用如壓制-成型-燒結-包套擠壓等粉末冶金工藝來制備合金型材。該方法能有效的減少坯錠中Sn的區域偏析，但其主要缺點是制備工藝流程長，制造成本高。

(3)快速凝固法。因為具備冷卻速度非常高這一特點，快速凝固法能夠抑制合金元素的擴散和聚集，使得難以形成成分偏聚，因而該方法能夠抑制凝固過程中Sn的區域偏析。噴射沉積法是常用的快速凝固方法，噴射沉積法是將金屬熔體和沉積兩個過程合為一體,可直接由液態金屬制取快速凝固預成形毛坯，可以得到低偏析、細晶粒、高密度和近終成形尺寸的坯料。該方法的最主要的缺點是制備裝置復雜，制備工藝參數控制復雜，坯錠制造成本高，坯錠尺寸受限等。

(4)水平連鑄法。因為水平連鑄工藝的特點是鑄坯外表面率先形成凝殼，從而在一定程度上限制錫元素在鑄坯表面的反偏析，但是沿著拉鑄方向的反偏析和枝晶偏析的抑制能力有限。對于枝晶偏析，現有技術通常采用合金化的手段細化晶粒，減少枝晶偏析，如添加Fe、Si、Al、Mn、Cr、Zr、Ti等微合金化元素，研究結果表明：上述元素的添加均在一定程度上可以提高合金的強度或塑性或使用溫度等；但不能有效的減少CuNiSn系彈性銅合金熔鑄過程中Sn的反偏析問題，這已成為本領域長期以來一直希望解決而未能解決的技術難題。另外，傳統水平連鑄時，合金元素易氧化，一方面，抑制枝晶偏析的效果下降，另一方面，結晶器內已經結晶的鑄坯表面氧化，會使石墨結晶器內壁劃傷、破損，影響結晶器壽命以及鑄坯表面質量，甚至使鑄坯拉斷。

發明內容