[發明專利]一種非真空生產大規格銅鈦合金鑄錠的方法

有效

• 申請號: 202011243300.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112322918B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 陳佳程;程萬林;馬吉苗;夏彬;楊文強;陳鵬
• 申請（專利權）人: 寧波興業鑫泰新型電子材料有限公司;寧波興業盛泰集團有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C9/00;C22B7/04;C22B5/04;C22B5/16;C22B34/12;C22B34/14;C22C1/02
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊;王玲華

本發明屬于鑄造合金技術領域，特別是涉及一種非真空循環生產大規格銅鈦合金鑄錠的方法。本發明大規格銅鈦合金鑄錠采取非真空條件進行，根據熱力學分析結果在生產過程中添加Zr元素來保護Ti不被燒損，與采用真空爐生產銅鈦合金鑄錠相比成本大幅度降低。鑄造結束將爐渣進行焙燒，再依次通過氧化、氯化處理、鎂熱還原法、真空蒸餾等手段分離得到Zr、Ti，再將Zr、Ti和Cu真空熔煉，澆注，得到Cu?Ti和Cu?Zr中間合金繼續作為生產銅鈦合金鑄錠的原料，實現了材料循環利用和生產過程連續進行，進一步降低了企業生產成本。

技術領域

本發明屬于鑄造合金技術領域，特別是涉及一種非真空生產大規格銅鈦合金鑄錠的方法。

背景技術

高強高彈銅合金廣泛應用于接插件、開關、接觸彈簧、端子等，其中應用最廣泛的是鈹青銅，鈹青銅具有高強度、高彈性、高硬度和高耐磨性，綜合性能十分優異。鈹青銅雖被譽為“有色金屬彈性之王”，但是鈹是一種劇毒元素，在加工過程對人體危害極大。銅鈦合金作為一種替代鈹銅的材料得到了廣泛的關注，銅鈦合金除了具有與鈹銅相媲美的性能外，在加工過程對環境十分友好。但是鈦在大氣環境下冶煉的燒損極大，鈦的活潑性非常強同時還具有很強的還原性。鈦在大氣環境下冶煉的燒損主要分以下三部分：①Ti憑借其高還原性將渣中的某些金屬化合物還原，使Ti元素進入到渣中；②Ti與空氣中氧氣反應生成鈦的氧化物；③Ti在800℃以上便能夠與空氣中氮氣反應形成TiN。因此，銅鈦合金鑄錠通常需要真空爐來生產，而大型的真空爐投資十分巨大，大大增加企業生產的成本。再者，合金鑄造過程產生的爐渣往往因處理不當而無法循環利用，造成資源浪費。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的上述問題，提供一種非真空條件下循環生產銅鈦合金鑄錠的方法，該方法不僅實現了Ti在非真空條件不被燒損氧化，還實現了鑄造殘渣的再循環利用。

本發明的上述目的可以通過下列技術方案來實現：一種非真空生產大規格銅鈦合金鑄錠的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1、配料：按以下質量百分比含量進行配料：Ti：1～5％、Zr0.8～1％，余量為Cu及不可避免的雜質；

S2、熔煉：將熔煉爐進行升溫，先加入銅電解板，待全部加入后，再加入Cu-Mg中間合金脫氧，保溫，撈渣，而后除氣，除氣結束后先加入Cu-Zr中間合金，隨后加入Cu-Ti中間合金，待熔煉完成得合金液；

S3、鑄造：將合金液于模具中澆注成型，在澆鑄過程中間隔向爐內加入Cu-Zr中間合金，鑄造得銅鈦合金鑄錠；

S4、富氧焙燒：鑄造結束后將爐渣集中放置，進行焙燒；

S5、氯化：將焙燒后的主要成分用Cl₂進行氯化，并在反應過程中加入C；

S6、鎂熱還原：將氯化后的爐渣用Mg進行還原，真空蒸餾分離得到Ti和Zr；

S7、真空熔煉、澆注：將Ti和Zr分別和Cu在真空爐內熔煉，澆注，得到Cu-Ti和Cu-Zr中間合金繼續作為生產銅鈦合金鑄錠的原料。

本發明大規格銅鈦合金鑄錠生產過程中選取Zr元素來保護Ti不被燒損，Zr的優點在于：Zr與Ti能無限固溶，不會形成化合物，見圖4；根據圖5、圖6、圖7和圖8可知Zr與氧、氮、二氧化碳、水蒸氣的反應吉布斯自由能比Ti與氧、氮、二氧化碳、水蒸氣的反應吉布斯自由能更負，在Cu-Ti-Zr體系中，Zr要比Ti優先與氧、氮、二氧化碳、水蒸氣進行反應。另外，Zr在Cu-Ti合金中能起到細化晶粒、抑制早期調幅組織形成和阻礙片層組織長大的作用；Zr相比Ti在熔體中保持較低的含量，從動力學上講這能有效降低與氧、氮的反應速率；Zr與Ti的生產工藝十分相似，均采用先氯化，再用鎂熱還原，方便后續的回收再利用。