[發明專利]一種晶粒細化劑及其應用

有效

• 申請號: 202110262277.1
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113073217B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 歐陽好
• 申請（專利權）人: 寧波金田銅業（集團）股份有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C1/06;C22C9/00
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 郎祺

本發明提供了一種晶粒細化劑，包括如下重量百分比的組分：金屬氮化物10％～50％，金屬碳化物10％～50％，稀土元素5％～40％。還提供了上述晶粒細化劑在制備Cu?Cr?Zr合金中的應用。本發明的晶粒細化劑，由金屬氮化物、金屬碳化物和稀土元素組成，在鑄造鉻鋯銅過程中，使柱狀枝晶組織得到較大的改善，組織均勻性得到質的提升，實現材料綜合力學性能的提升。

技術領域

本發明涉及冶金鑄造領域，尤其涉及一種晶粒細化劑及其應用。

背景技術

Cu-Cr-Zr合金具有良好的導電性、導熱性、抗裂性，且硬度高，耐磨抗爆、軟化溫度高等優勢，同時，其焊接時電極損耗少，焊接速度快，焊接總成本低，在電子信息、導電導熱媒介、工業裝備零部件、模具等領域應用廣泛。特別是近年來高速鐵路應用鉻鋯銅材料不斷增加，吸引了全球廣泛的關注，也是近三十年來研究開發的熱點銅合金產品之一。

Cu-Cr-Zr合金生產的工藝有水平連鑄工藝、半連鑄工藝、上引工藝、真空爐鑄造工藝。其中，水平連鑄工藝：水平連鑄→固溶→拉絲→時效→壓光矯直；水平連鑄(盤圓)→固溶→連續擠壓→拉絲→時效→聯合拉拔；半連鑄工藝：鑄錠→擠壓→固溶→拉絲→時效→壓光矯直；真空爐工藝：真空澆鑄鑄錠→擠壓→固溶→拉絲→時效→壓光矯直。所有工藝均需要有組織均勻的鑄坯，現階段各工藝均存在一個較大的問題，即組織晶粒粗大，柱狀枝晶發達，導致后道成品經常出現鑄態枝晶組織。其中，生產的電極帽產品在冷鐓過程出現織構現象。由于組織不均勻性導致產品壁厚不均等問題，導電嘴加工排屑困難，高速機床加工過程容易出現斷刀，加工件表面粗糙等問題，導致產品直接報廢，高速鐵路應用鉻鋯銅速度比較慢，也是由于鑄坯存在柱狀枝晶難消除。

現階段對于鉻鋯銅合金的組織優化主要采用熱處理方法。通過高溫固溶的方法將水平連鑄、上引、擠壓坯料進行組織再結晶處理，獲得等軸晶組織，但是部分柱狀枝晶組織依然會存在于坯料中，成為導致后道成品報廢的主要原因。晶粒細化是通過在熔體內部增加形核質點，從而可以在凝固結晶的時候，形成更多晶粒的一種方法，行業內對于鉻鋯銅晶粒細化劑研究較少。因此為解決組織不均，柱狀枝晶問題，開發一款新型鉻鋯銅細化劑成為必要。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種晶粒細化劑及其應用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

本發明的第一方面是提供一種晶粒細化劑，包括如下重量百分比的組分：金屬氮化物10％～50％，金屬碳化物10％～50％，稀土元素5％～40％。

進一步地，所述晶粒細化劑包括如下重量百分比的組分：金屬氮化物40％～50％，金屬碳化物40％～45％，稀土元素5％～15％。

進一步地，所述金屬氮化物為氮化鋁、氮化鈦、氮化鉭中的一種或幾種。

金屬氮化物：起晶粒細化的作用，由于本身具有較好的導電性，以及較好的金屬性能以及穩定性，可以占據晶界位置，排出雜質。

進一步地，所述金屬碳化物為碳化鉻、碳化釩、碳化鋯中的一種或幾種。

金屬碳化物：起晶粒細化的作用，高溫化學穩定性好，優良的細化核心。

進一步地，所述稀土元素為鈰、釔中的一種或兩種。

稀土元素：晶界清理，銅水凈化。

其中，金屬氮化物和稀土之間的作用形成的過渡金屬氮化物，具有很好的催化作用，降低界面能，有利于結晶依附，降低形核所需要的勢能，同時氮化物的穩定性得到進一步的加強，顆粒過渡金屬氮化物在熔體中不宜發生熱分解以及其他化學反應，作為穩定的異質形核中心，增加形核率，晶粒的增加反過來抑制晶粒的長大，從而使得組織細小、均勻。

本發明的第二方面是提供上述晶粒細化劑在制備Cu-Cr-Zr合金中的應用，包括如下步驟：