[發明專利]細化銅及銅合金結晶組織的中間合金、其制備方法及使用工藝

有效

• 申請號: 201911036588.5
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110923497B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 陳永祿;洪麗華
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C21/00;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發明公開了一種細化銅及銅合金結晶組織的中間合金、其制備方法及使用工藝，所述中間合金包括M?25B、M?30Fe、M?20Ti、M?20Zr、M?20RE，分別由B、Fe、Ti、Zr、RE元素與純金屬M熔融成合金熔體，再經霧化冷卻、干燥、過篩分別得到不同粒徑的M?25B、M?30Fe、M?20Ti、M?20Zr、M?20RE合金粉粒，其中M為Cu或Al。本發明通過熔煉與霧化造粒方法將細化元素制備成同基體中間合金粉體，細化劑組分易根據銅及銅合金的成分與品質要求進行準確控制；避免吸潮氧化等問題，可有效消除黃銅合金粗大柱狀晶，細化結晶組織，提高黃銅熔體的流動性，改善鑄件產品的表觀質量，滿足后續加工需求。

技術領域

本發明屬于銅及銅合金加工技術領域，具體涉及一種細化銅及銅合金結晶組織的中間合金、其制備方法及使用工藝。

背景技術

結晶組織微細化是提高銅及銅合金的性能的有效手段，考慮組織的遺傳性因素以及不同銅產品的加工工序要求，還要求細化效果具有顯著的長效性與重熔細化效果。化學法細化晶粒組織是目前最為常用、操作簡便且行之有效的晶粒細化工藝方案。在熔體處理的適當階段，在合適的溫度條件下，通過往熔體中直接加入或反應生成非自發形核核心，使熔體在凝固過程中通過異質形核實現晶粒細化。對于非自發形核核心，要求與結晶組織之間具有晶體結構相似、晶格常數相當、熔點相對較高的性質，加入熔體后質點分散度高且不污染熔體。

目前，黃銅合金晶粒細化劑的主要細化元素優選Ti、Zr、B、Sr、RE等，常以鹽類或中間合金形式(Al基或銅基)加入，但是現有技術存在以下問題：(1)以鹽類物質加入時，由于很多屬于強堿金屬鹽，通常具有較強的吸濕性，若因存儲不當，常易出現吸潮失效現象，并引起熔體吸氣；(2)以中間合金形式制備的細化劑往往先分別制備不同有效細化元素的中間合金(Cu基或Al基)，再經去氧化皮、車削卷曲(塑性較大的金屬單質或合金)、碾碎(脆性較大的金屬單質或合金)、混合，或進一步與某些鹽類物質混合，形成顆粒物形態與尺寸參差不齊的狀態，難以保證細化劑混合均勻，從而影響細化劑在熔體中的均勻分布；(3)還有一類中間合金細化劑以將所有元素加入Cu基或Al基熔體，澆注成鑄錠后直接使用，由于不同元素熔點差異大，易導致低熔點組元過量燒損，這種制備方法所得中間合金成分單一，當面對不同的銅合金時，需重新熔鑄中間合金，另外，以錠狀加入，加入量不好控制，細化劑熔化與反應時間延遲，易導致細化不均勻。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種細化銅及銅合金結晶組織的中間合金、其制備方法及使用工藝。根據銅及銅合金的成分特點，優選合適的細化元素分別熔煉Cu基或Al基中間合金，在各自為熔融狀態時，通過惰性氣體保護的金屬霧化裝置，直接形成細小的合金顆粒，然后按細化劑成分要求進行配制。該細化劑及制備方法具有制備工藝簡便、節能、結晶組織長效細化、晶粒尺寸均勻、鑄錠重熔后晶粒細小等特點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明第一方面提供一種細化銅及銅合金結晶組織的中間合金，所述中間合金包括M-25B、M-30Fe、M-20Ti、M-20Zr、M-20RE，分別由B、Fe、Ti、Zr、RE元素與純金屬M熔融成合金熔體，再經霧化冷卻、干燥、過篩分別得到不同粒徑的M-25B、M-30Fe、M-20Ti、M-20Zr、M-20RE合金粉粒，其中M為Cu/Al。

本發明第二方面提供一種細化銅及銅合金結晶組織的中間合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)熔煉

分別將B、Fe、Ti、Zr和RE元素以純金屬或堿金屬鹽形式，其中，RE以混合稀土形式，在各自熔煉溫度下加入到Cu/Al基體純金屬熔體中，使元素擴散溶入基體熔體，并攪拌均勻，同時進行排雜與除氣處理，靜置10～20min后扒渣，即分別得到含B、Fe、Ti、Zr、RE元素的Cu/Al基合金熔體，為保證霧化過程對熔體流動性的要求，需在各自允許溫度范圍內適當提高合金的熔煉溫度，并在合金熔體表面通高純氮氣進行保護；

(2)霧化