专利摘要

本发明公开了一种采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，首先，按照铜合金组分制备电极棒，置于结晶器内，接通电源，在电压95‑100V、电流2‑2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成后，在电压95‑100V、电流1.5‑2.5kA条件重熔10‑30min，随后提升电流至2.5‑3kA熔炼3‑5min，冷却成锭制得铜合金。本发明通过采用电渣熔铸制备铜合金，不仅铜合金晶粒细化、夹杂物少，且有效提高了铜合金的抗拉强度、韧塑性，同时提高了合金耐蚀性及阻尼性；此外，该方法工艺流程短，操作方便易行，生产成本低，适应性好。

权利要求

1.一种采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按照铜合金组分制备电极棒，置于结晶器内，接通电源，在电压95-100V、电流2-2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成后，在电压95-100V、电流1.5-2.5kA条件重熔10-30min；其中，所述渣料与铜合金的质量比为(0.03-0.1):1，每次加入的渣料占总渣料的10-15％；

(2)提升电流至2.5-3kA熔炼3-5min后，冷却成锭制得铜合金；所述铜合金为铝青铜合金、锰铜合金或铜银合金，其中，铝青铜合金的组分包括：Al 8-11％、Fe 3-5％、Y 0.01-0.05％、Cr 0.1-0.3％及余量铜和不可避免的杂质；锰铜合金的组分包括：Mn 51-53％、Al3.0-5.0％、Fe 2.0-3.0％、Ni 1.5-3.0％、V 0.05-0.15％、Zn 1.5-3.0％、B 0.05-0.1％及余量铜和不可避免的杂质；铜银合金的组分包括：Ag 2.8-3.2％、Zr 0.4-0.6％、V 0.1-0.3％、Y 0.03-0.08％及余量铜和不可避免的杂质。

2.根据权利要去1所述的采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于：所述渣料为NaF-CaF2-Al2O3三元渣系、CaF2-NaF二元渣系、Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系或NaF-CaF2-Al2O3-MnO2四元渣系。

3.根据权利要求2所述的采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于：所述NaF-CaF2-Al2O3三元渣系中CaF2 27-70％、NaF 23-70％、Al2O3 3-7％。

4.根据权利要求2所述的采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于：所述CaF2-NaF二元渣系中CaF2 50-65％、NaF 35-50％。

5.根据权利要求2所述的采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于：所述Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系中Na3AlF6 5-15％、CaF2 30-45％、NaF 50-65％。

6.根据权利要求2所述的采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，其特征在于：所述NaF-CaF2-Al2O3-MnO2四元渣系中NaF 50-60％、CaF2 35-40％、Al2O32-6％、MnO2 0.5-4％。

说明书

技术领域

本发明属于铜合金制备领域，尤其涉及采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法。

背景技术

高强度铜合金往往结合工程需要对耐蚀性、耐磨性和传导性提出附加要求，如船舶螺旋桨用高强度耐腐蚀铜合金材料，起货机的轴套、轴瓦及变速箱的蜗轮、蜗杆使用高强度耐磨铜合金，汽轮发电机的引线接头用高强度高导电铜合金。上述铜合金产品的生产主要依赖铸造成型，辅以热处理工艺实现合金综合性能的优化。合金产品生产过程中精炼方法较为单一，一般通过对金属熔体表面覆盖的方法实现气体和污染物的隔离，并在金属熔体中添加精炼剂来实现合金的精炼。但该方法生产效率低、且精炼效果有限，从而导致合金产品质量欠佳，影响合金材料性能的发挥。因此，现亟需一种能够制备出综合性能高的优质铜合金产品的方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种采用电渣熔铸制备强度高，兼具耐磨、耐蚀、阻尼和导电铜合金的制备方法。

技术方案：本发明采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法，包括如下步骤：

(1)按照铜合金组分制备电极棒，置于结晶器内，接通电源，在电压95-100V、电流2-2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成后，在电压95-100V、电流1.5-2.5kA条件重熔10-30min；其中，所述渣料与铜合金的质量比为(0.03-0.1):1，每次加入的渣料占总渣料的10-15％；

(2)提升电流至2.5-3kA熔炼3-5min后，冷却成锭制得铜合金。

本发明通过电渣重熔制备铜合金，其不仅能够消除母合金材料内部存在的氧化夹杂、气体及有害杂质元素，对材料实施净化；同时能够消除母合金材料内部存在宿松、气孔和夹砂等铸造缺陷；此外还能有效消除母合金组织中存在较大的枝状晶、柱状晶、形成细小的等轴晶。

进一步说，本发明的铜合金可为铝青铜合金、锰铜合金或铜银合金。其中，铝青铜合金的组分包括：Al 8-11％、Fe 3-5％、Y 0.01-0.05％、Cr 0.1-0.3％及余量铜和不可避免的杂质。锰铜合金的组分包括：Mn 51-53％、Al 3.0-5.0％、Fe2.0-3.0％、Ni 1.5-3.0％、V 0.05-0.15％、Zn 1.5-3.0％、B 0.05-0.1％及余量铜和不可避免的杂质。铜银合金的组分包括：Ag 2.8-3.2％、Zr 0.4-0.6％、V 0.1-0.3％、Y 0.03-0.08％及余量铜和不可避免的杂质。

本发明通过对铝青铜合金、锰铜合金及铜银合金结合电渣熔铸制备，不仅抗拉强度高、塑性延伸强度高，且合金耐蚀性强，阻尼性佳。其中，对于铝青铜合金而言，通过在原料中添加Cr和Y，Cr的加入能够有效细化晶粒、提高合金的强度和耐磨性能，且添加金属Y可净化合金晶界及基体，提高合金的耐蚀性能，同时结合电渣熔铸制备工艺，进而能够降低合金主成分铝的重熔损耗；对于锰铜合金而言，通过在原料中添加V和B，V的加入能够在保持合金强度指标不变的条件下能够提高合金的阻尼性能，添加金属B具有净化合金晶界和基体的作用，且能细化组织晶粒，而残留在金属基体中的硼化物具有固溶强化功能，同时结合电渣熔铸制备工艺，进而能够提升渣系对母合金的精炼效果；对于铜银合金，通过在原料中添加V和Y，添加金属V能细化晶粒，提升合金的耐磨性能，添加金属Y能够净化合金晶界及基体提高合金的导电性能，且通过残留的含Y金属间化合物提高合金的强度，同时结合电渣熔铸制备工艺，进而能够降低合金中活性金属元素锆的重熔损耗。

更进一步说，本发明的渣料可为NaF-CaF2-Al2O3三元渣系、CaF2-NaF二元渣系、Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系或NaF-CaF2-Al2O3-MnO2四元渣系。其中，NaF-CaF2-Al2O3三元渣系中CaF2 27-70％、NaF 23-70％、Al2O3 3-7％。CaF2-NaF二元渣系中CaF2 50-65％、NaF 35-50％。Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系中Na3AlF65-15％、CaF2 30-45％、NaF 50-65％。NaF-CaF2-Al2O3-MnO2四元渣系中NaF50-60％、CaF2 35-40％、Al2O3 2-6％、MnO2 0.5-4％。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：通过采用电渣熔铸制备铜合金，不仅铜合金晶粒细化、夹杂物少，且有效提高了铜合金的抗拉强度、塑性延伸强度，同时提高了合金耐蚀性及阻尼性；此外，该方法工艺流程短，操作方便易行，生产成本低，适应性好。

附图说明

图1为采用现有熔炼方法制备的铝青铜合金的金相图；

图2为本发明制备的铝青铜合金的金相图；

图3为采用现有熔炼方法制备的锰铜合金的金相图；

图4为本发明制备的锰铜合金的金相图；

图5为采用现有熔炼方法制备的铜银合金的金相图；

图6为本发明制备的铜银合金的金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1铝青铜合金

采用电渣熔铸制备铝青铜合金的方法包括如下步骤：

(1)按照铝青铜合金组分制备电极棒，采用单极电炉渣，在结晶器和底水箱之间放置环形石棉垫，放入引弧剂CaC/TiO，将电极棒与假电极中心线对直并摆正，调整电极始终保持在结晶器中心位置，开启循环冷却水；

(2)将电极棒对准结晶器中心，快速下降电极，当电极下端接近引弧剂时，接通电源，慢速下降，在电压95-100V、电流2-2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成；其中，渣料与铝青铜合金的质量比为0.03:1，每次加入的渣料占总渣料的10％；

(3)渣料添加完成后，在电压95-100V、电流1.5-2.5kA条件下重熔17min；

(4)提升电流至2.5-3kA熔炼4min后，水冷20-30min制得铝青铜铸锭。

将该实施例制备的铝青铜铸锭进行成分检测，获得的结果如下表1所示。本发明采用的渣料如下表2所示。

表1铝青铜合金组分含量

组分AlFeYCr铜杂质含量/％8-113-50.01-0.050.1-0.3余量0.5

表2渣系组分含量

组分NaF2]]>2O₃]]>含量/％60355

对比例1

采用现有的熔炼方法制备铝青铜合金，具体如下所示。

该对比例的铝青铜合金的制备方法包括如下步骤：

采用现有的中频感应熔炼方法制备铝青铜合金，具体包括如下步骤：

(1)在石墨坩埚炉衬的中频感应炉中加入合金原材料和氟铝酸钠；

(2)通电加热使合金材料熔化并手工搅拌至均匀；

(3)在1250℃保温、精炼20min、然后扒渣、浇注到砂模中凝固成形。

将实施例1及对比例1制备的铝青铜合金进行性能检测，获得的结果如下表3所示。将该实施例1与对比例1制备的铝青铜进行结构表征，获得的结果如下图1及图2所示。

表3实施例1与对比例1制备的铝青铜合金的性能表

通过表3可知，本发明采用电渣熔铸制备的铝青铜合金，不仅抗拉强度、屈服强度、塑性延伸强度提高，且硬度提高，同时耐腐蚀性能有效提高。同时结合图1及图2可知，现有熔铸工艺制备的铝青铜显微组织是枝状晶、并存在显微夹杂，而本发明制备的铝青铜显微组织是等轴晶、且基体得到净化，合金材料的耐蚀性和强度指标有显著提升。

实施例2锰铜合金

采用电渣熔铸制备锰铜合金的方法包括如下步骤：

(1)按照锰铜合金组分制备电极棒，采用单极电炉渣，在结晶器和底水箱之间放置环形石棉垫，放入引弧剂CaC/TiO，将电极棒与假电极中心线对直并摆正，调整电极始终保持在结晶器中心位置，开启循环冷却水；

(2)将电极棒对准结晶器中心，快速下降电极，当电极下端接近引弧剂时，接通电源，慢速下降，在电压95-100V、电流2-2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成；该实施例中渣料与锰铜合金的质量比为0.06:1，每次加入的渣料占总渣料的10％；

(3)渣料添加完成后，在电压95-100V、电流1.5-2.5kA条件下重熔20min；

(4)提升电流至2.5-3kA熔炼5min，水冷20-30min制得锰铜合金铸锭。

将该实施例制备的锰铜合金铸锭进行成分检测，获得的结果如下表4所示。本发明采用的渣料如下表5所示。

表4锰铜合金组分含量

表5渣系组分含量

组分NaF2]]>2O₃]]>2]]>含量/％603523

该实施例的锰铜合金的制备方法包括如下步骤：

对比例2

采用现有的中频感应熔炼方法制备锰铜合金，具体包括如下步骤：

(1)在氧化镁炉衬的中频感应炉中加入合金原材料和氟铝酸钠；

(2)通电加热使合金材料熔化并手工搅拌至均匀；

(3)在1380℃保温、精炼20min、然后扒渣、浇注到砂模中凝固成形。

将实施例2及对比例2制备的锰铜合金进行性能检测，获得的结果如下表6所示。将实施例2与对比例2制备的锰铜合金进行结构表征，获得的结果如下图3及图4所示。

表6实施例2与对比例2制备的锰铜合金的性能表

通过表6可知，本发明采用电渣熔铸制备的锰铜合金，不仅抗拉强度、屈服强度、塑性延伸强度提高，且硬度提高，同时阻尼性能提高。同时结合图3及图4可知，现有熔铸工艺制备的锰铜合金显微组织是粗大枝状晶、存在组织不均匀和夹杂物等缺陷，本发明制备的锰铜合金显微组织是细小枝状晶、基体纯净、组织均匀，合金材料的耐蚀性和强度指标有显著提升。

实施例3铜银合金

(1)按照铜银合金组分制备电极棒，采用单极电炉渣，在结晶器和底水箱之间放置环形石棉垫，放入引弧剂CaC/TiO，将电极棒与假电极中心线对直并摆正，调整电极始终保持在结晶器中心位置，开启循环冷却水；

(2)将电极棒对准结晶器中心，快速下降电极，当电极下端接近引弧剂时，接通电源，慢速下降，在电压95-100V、电流2-2.5kA条件下边熔化边加渣料，直至渣料添加完成；该实施例中渣料与铜银合金的质量比为0.1:1，每次加入的渣料占总渣料的15％；

(3)渣料添加完成后，在电压95-100V、电流1.5-2.5kA条件下重熔15min；

(4)提升电流至2.5-3kA熔炼5min，水冷20-30min制得铜银合金铸锭。

将该实施例制备的铜银合金铸锭进行成分检测，获得的结果如下表7所示。本发明采用的渣料如下表8所示。

表7铜银合金组分含量

组分AgZrYV铜杂质含量/％2.8-3.20.4-0.60.03-0.080.1-0.3余量0.05

表8渣系组分含量

组分NaF2]]>含量/％6535

对比例3

采用现有的真空感应熔炼方法制备铜银合金，具体包括如下步骤：

(1)在石墨坩埚的中频感应炉中加入合金原材料、并抽真空至5000Pa；

(2)通电加热使合金材料熔化并抽真空至50Pa；

(3)在1300℃保温、精炼20min、然后倾炉浇注到模具中凝固成形。

将实施例3及对比例3制备的铜银合金进行性能检测，获得的结果如下表9所示。将实施例3与对比例3制备的铜银合金进行结构表征，获得的结果如下图5及图6所示。

表9实施例3与对比例3制备的铜银合金的性能表

通过表3可知，本发明采用电渣熔铸制备的铜银合金，不仅抗拉强度、屈服强度、塑性延伸强度提高，且硬度提高，同时相对导电率提升。同时结合图5及图6可知，现有熔铸工艺制备的铜银合金显微组织粗大、存在较多的夹杂物，本发明制备的铜银合金显微组织细小、基体纯净、组织均匀，合金材料的导电性和强度指标有显著提升。

上述实施例中，重熔的时间可为10-30min，提升电流后熔炼3-5min。此外，在制备铝青铜合金时，采用的NaF-CaF2-Al2O3三元渣系中CaF2可为27-70％、NaF可为23-70％、Al2O3可为3-7％；在制备锰铜合金时，采用的NaF-CaF2-Al2O3-MnO2四元渣系中NaF可为50-60％、CaF2可为35-40％、Al2O3可为2-6％、MnO2 0.5-4％；在制备铜银合金时，采用的CaF2-NaF二元渣系中CaF2可为50-65％、NaF可为35-50％。

此外，在制备铝青铜合金及锰铜合金时，还可采用Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系，该Na3AlF6-CaF2-NaF三元渣系中Na3AlF6 5-15％、CaF2 30-45％、NaF50-65％。

一种采用电渣熔铸制备高强度铜合金的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。