【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著我國(guó)制造業(yè)向高端化發(fā)展以及在國(guó)防、海洋、航空航天等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對(duì)銅合金的使用從單一性能要求向復(fù)合性能要求提升。在器件設(shè)計(jì)上，希望銅合金滿足特種結(jié)構(gòu)-功能要求，而且要兼具更高的強(qiáng)度、更高的韌性、更高的耐磨性甚至更高的導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能。粉末冶金可以通過(guò)機(jī)械合金化實(shí)現(xiàn)銅基體和第二相的均勻復(fù)合，但是也存在效率低、批次性能波動(dòng)大、成材率低等問(wèn)題，亟待開(kāi)發(fā)高效率、低成本的銅基復(fù)合材料制備工藝。然而受限于銅合金傳統(tǒng)制備方法，其成分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、強(qiáng)韌化方式和電磁性能控制均受到較大限制，需要通過(guò)成形工藝的創(chuàng)新升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)性能的提升和功能拓展其發(fā)展趨勢(shì)是高合金材料與復(fù)合材料。
2、在現(xiàn)有工藝流程條件下，熔煉過(guò)程無(wú)法添加大量第二相、凝固過(guò)程形成偏析流等限制因素直接制約了多種金屬?gòu)?fù)合型銅合金材料的開(kāi)發(fā)。需要通過(guò)快速凝固技術(shù)和實(shí)驗(yàn)裝備才能進(jìn)行新一代復(fù)合功能的特種銅合金材料的開(kāi)發(fā)。本專利技術(shù)是一種通過(guò)氣固兩相流噴射驅(qū)散銅合金液體進(jìn)行快速凝固和冶金結(jié)合的應(yīng)用型工藝，在開(kāi)發(fā)如高合金銅、陶瓷強(qiáng)強(qiáng)化耐磨銅合金及氧化物彌散強(qiáng)化銅合金等方面具有巨大應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，該方法解決了噴射沉積氣孔缺陷、第二相顆粒難以加入、噴射氣體量過(guò)大、金屬?gòu)?fù)合材料制備成本高等共性難題。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：
3、一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備
4、步驟（1）、采用雙真空艙封閉結(jié)構(gòu)裝置實(shí)現(xiàn)負(fù)壓環(huán)境噴射：所述雙真空艙結(jié)構(gòu)裝置分為熔煉艙、中間包艙和噴射沉積艙，中間包艙連接熔煉艙和噴射沉積艙，通過(guò)澆注插板閥實(shí)現(xiàn)連通和隔離；熔煉艙設(shè)置熔煉鋼包，可升降的中間包在艙外預(yù)熱到溫后放入中間包艙內(nèi)；熔煉艙連通高真空泵組，熔煉艙真空度≤5×10-2pa；噴射沉積艙單獨(dú)設(shè)置高抽速真空泵組，維持噴射氣體輸入條件下的環(huán)境壓力≤3000pa；
5、步驟（2）、通過(guò)熔煉艙實(shí)現(xiàn)銅合金的真空熔煉和成分調(diào)控，基體合金為高比例銅合金，包括但不限于純銅、錳銅白、鎳錫銅、鈦銅；
6、步驟（3）、將步驟（2）熔煉后的銅合金溶液控制過(guò)熱度為+40~100℃，關(guān)閉中間包艙密封門，由熔煉鋼包進(jìn)行底吹氬脫渣脫氣處理，打開(kāi)控制閥a，關(guān)閉澆注插板閥，中間包艙密封門打開(kāi)，將預(yù)熱至1000℃以上中間包裝入，中間包艙與澆注口位置連接完成，爐蓋關(guān)閉，高抽速真空泵組開(kāi)始抽真空至3000pa以下，此時(shí)熔煉艙充保護(hù)氣體至0.02mpa后停止充氣，然后噴射沉積艙12的控制閥b和控制閥c，由高抽速真空泵組維持環(huán)境壓力≤3000pa，熔煉鋼包傾翻澆注，銅合金溶液經(jīng)中間包擋渣機(jī)構(gòu)后，夾雜物被充分吸附，液位到達(dá)設(shè)定高度后保持穩(wěn)定；
7、步驟（4）、第二相顆粒表面改性：第二相顆粒包括碳化硅、氮化硼、氧化鋁、金剛砂、石墨烯、碳納米管、石墨顆粒中的一種；其中，陶瓷顆粒碳化硅、氮化硼、氧化鋁均在液氮中與cu材質(zhì)粉末球磨混均，陶瓷顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在60%以上，磨球材質(zhì)為超s280不銹鋼；陶瓷顆粒粒徑為2μm以下，cu材質(zhì)粉末粒徑為20~30μm，球磨時(shí)間24小時(shí)以上，促進(jìn)第二相顆粒表面附著金屬粉末，促進(jìn)第二相顆粒和銅合金溶液的充分潤(rùn)濕；石墨烯、碳納米管、金剛石及、石墨顆粒需要通過(guò)金屬蒸鍍處理提高潤(rùn)濕性；
8、步驟（5）、經(jīng)步驟（4）表面改性后的第二相顆粒在氣固兩相流混均預(yù)熱裝置中與惰性氣體ar混合均勻并預(yù)熱后形成氣固兩相流，并分兩路由兩相流管道進(jìn)入噴射機(jī)構(gòu)，銅合金溶液通過(guò)噴射機(jī)構(gòu)噴出，惰性氣體ar將第二相顆粒通過(guò)兩相流管道吹入噴射中的合金溶液之中，兩者匯聚，沉積在沉積坯上；
9、步驟（6）氣固兩相流將噴射機(jī)構(gòu)的兩個(gè)澆口錠流出的銅合金溶液在噴射沉積艙內(nèi)充分驅(qū)散為均勻液滴，于沉積盤完成沉積坯噴射；
10、步驟（7）噴射結(jié)束后，頂部溫度控制≤（ts-50℃）、底部溫度控制≤（ts-200℃），取出錠坯后送入1180℃鍛造保溫爐均溫1~3h，然后鍛造為方坯或圓坯進(jìn)行后續(xù)加工熱處理成件，終軋厚度為3.0~12mm；或者將錠坯直接穿孔進(jìn)行管材軋制。
11、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，噴射沉積艙內(nèi)凝固端面上統(tǒng)計(jì)氣孔個(gè)數(shù)≤5個(gè)/10mm2，且孔徑≤1μm，經(jīng)步驟（7）鍛造后氣孔全部壓合。
12、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，，經(jīng)步驟（7）熱軋后，鍛造坯料中第二相粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~8%，顆粒尺寸控制20~50nm或者800~1200nm，均勻分布在基體上，無(wú)晶界偏聚現(xiàn)象，強(qiáng)化顆粒增強(qiáng)耐磨壽命30%以上，宏觀硬度提升30%以上，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功相較于非第二相強(qiáng)化基體下降≤2%。
13、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，，步驟（5）表面改性后的第二相顆粒的預(yù)熱溫度為≥400℃，10~3000nm粒徑第二相顆粒送粉量為100~1250g/min。
14、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，步驟（1）中，中間包下沿水平布置兩個(gè)水口，水口直徑為φ4~10mm，設(shè)置2個(gè)中間包噴嘴，中間包噴嘴位于噴射機(jī)構(gòu)的噴射沉積環(huán)中間，中心線對(duì)齊，噴嘴下平面平行于噴射沉積環(huán)下平面，單嘴流量10~80kg/min，噴嘴出口流速1.0~2.0m/min，水口位置正對(duì)沉積坯半徑不同位置，通過(guò)定徑水口尺寸控制不同噴嘴流速，孔徑面積控制1：0.7~0.8。
15、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，步驟（5）中噴射機(jī)構(gòu)的噴射沉積環(huán)開(kāi)孔數(shù)量為12~18個(gè)，孔徑為4~8mm；噴射沉積環(huán)設(shè)計(jì)為傾斜狹縫結(jié)構(gòu)，控制縫寬2-4mm；氣孔或者狹縫傾角控制與軸中心線傾斜25~45°，焦距法面控制40~100mm；噴射沉積環(huán)整體可轉(zhuǎn)動(dòng)-40~+40°，掃描頻率0-5hz；氣體噴射壓力為0.2~0.7mpa，單個(gè)噴射沉積環(huán)噴氣量為5~40m3/min，顆粒載入量0-2500g/min。
16、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，步驟（6）噴射沉積過(guò)程中，沉積盤距離噴射沉積環(huán)下端控制距離為200~450mm，沉積坯直徑為200~850mm，沉積盤旋轉(zhuǎn)速度為40~200r/min，下降速度為50~200mm/min，控制表面熔池深度為2~5mm。
17、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，熔煉鋼包設(shè)計(jì)石墨或氧化鋁材質(zhì)工作層、吸附層和澆嘴區(qū)域，其中吸附層每次可更換，熔煉鋼包設(shè)計(jì)-30°~+90°傾角，熔煉結(jié)束后熔煉鋼包正負(fù)傾翻使大型夾雜物被吸附層捕獲，完成取樣和成分微調(diào)，準(zhǔn)備開(kāi)澆。
18、進(jìn)一步的，上述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，采用氣固兩相流驅(qū)動(dòng)液相，并且氣相和固相均可作為冷卻介質(zhì)，氣固消耗凝固潛熱比例為1:2~3。
19、本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
20、1、本專利技術(shù)將創(chuàng)新結(jié)合了氣固兩相流與真空噴射沉積技術(shù)的先進(jìn)金屬基復(fù)合材本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，噴射沉積艙內(nèi)凝固端面上統(tǒng)計(jì)氣孔個(gè)數(shù)≤5個(gè)/10mm2，且孔徑≤1μm，經(jīng)步驟（7）鍛造后氣孔全部壓合。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，經(jīng)步驟（7）熱軋后，鍛造坯料中第二相粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~8%，顆粒尺寸控制20~50nm或者800~1200nm，均勻分布在基體上，無(wú)晶界偏聚現(xiàn)象，強(qiáng)化顆粒增強(qiáng)耐磨壽命30%以上，宏觀硬度提升30%以上，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功相較于非第二相強(qiáng)化基體下降≤2%。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（5）表面改性后的第二相顆粒的預(yù)熱溫度為≥400℃，10~3000nm粒徑第二相顆粒送粉量為100~1250g/min。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，中間包下沿水平布置兩個(gè)水口，水口直徑為φ4~10mm，設(shè)置2個(gè)中間包噴嘴，中間包噴嘴位于噴射機(jī)構(gòu)的噴射沉積環(huán)中間，
6.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（5）中噴射機(jī)構(gòu)的噴射沉積環(huán)開(kāi)孔數(shù)量為12~18個(gè)，孔徑為4~8mm；噴射沉積環(huán)設(shè)計(jì)為傾斜狹縫結(jié)構(gòu)，控制縫寬2~4mm；氣孔或者狹縫傾角控制與軸中心線傾斜25~45°，焦距法面控制40~100mm；噴射沉積環(huán)整體可轉(zhuǎn)動(dòng)-40~+40°，掃描頻率0~5Hz；氣體噴射壓力為0.2~0.7MPa，單個(gè)噴射沉積環(huán)噴氣量為5~40m3/min，顆粒載入量0~2500g/min。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（6）噴射沉積過(guò)程中，沉積盤距離噴射沉積環(huán)下端控制距離為200~450mm，沉積坯直徑為200~850mm，沉積盤旋轉(zhuǎn)速度為40~200r/min，下降速度為50~200mm/min，控制表面熔池深度為2~5mm。
8.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，熔煉鋼包設(shè)計(jì)石墨或氧化鋁材質(zhì)工作層、吸附層和澆嘴區(qū)域，其中吸附層每次可更換，熔煉鋼包設(shè)計(jì)-30°~+90°傾角，熔煉結(jié)束后熔煉鋼包正負(fù)傾翻使大型夾雜物被吸附層捕獲，完成取樣和成分微調(diào)，準(zhǔn)備開(kāi)澆。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，噴射沉積艙內(nèi)凝固端面上統(tǒng)計(jì)氣孔個(gè)數(shù)≤5個(gè)/10mm2，且孔徑≤1μm，經(jīng)步驟（7）鍛造后氣孔全部壓合。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，經(jīng)步驟（7）熱軋后，鍛造坯料中第二相粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~8%，顆粒尺寸控制20~50nm或者800~1200nm，均勻分布在基體上，無(wú)晶界偏聚現(xiàn)象，強(qiáng)化顆粒增強(qiáng)耐磨壽命30%以上，宏觀硬度提升30%以上，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功相較于非第二相強(qiáng)化基體下降≤2%。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（5）表面改性后的第二相顆粒的預(yù)熱溫度為≥400℃，10~3000nm粒徑第二相顆粒送粉量為100~1250g/min。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種第二相強(qiáng)化銅合金的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，中間包下沿水平布置兩個(gè)水口，水口直徑為φ4~10mm，設(shè)置2個(gè)中間包噴嘴，中間包噴嘴位于噴射機(jī)構(gòu)的噴射沉積環(huán)中間，中心線對(duì)齊，噴嘴下平面平行于噴射沉積環(huán)下平面，單嘴流量10~80kg/min，噴嘴出口流速1.0~2.0m/min，水口...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王建斌，張?jiān)?/a>，王洋，方烽，李成剛，李振壘，王國(guó)棟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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