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CN101148713A - 高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法及其装置 - Google Patents

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CN101148713A CNA2007100474949A CN200710047494A CN101148713A CN 101148713 A CN101148713 A CN 101148713A CN A2007100474949 A CNA2007100474949 A CN A2007100474949A CN 200710047494 A CN200710047494 A CN 200710047494A CN 101148713 A CN101148713 A CN 101148713A
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Abstract

本发明涉及一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法及其装置，属有色金属合金的热处理技术领域。本发明方法通过改变和控制铜铬锆合金的时效条件，将整个时效过程置于稳恒磁场(0.1－12T)中，同时往铜铬锆合金中通入直流电流，利用磁场和电场的协同作用，改变铜合金产物的组织形态、结构和性能，制备出合金元素均匀分布的、同时具有高强度和高电导率的铜铬锆合金材料。

Description

高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法及其装置，属有色金属的热处理技术领域
背景技术
高强高导合金是一种重要的功能和结构材料，在电力机车、机械、电子、通讯、信息、计算机、国防等诸多领域有着巨大的市场前景。然而铜合金的强度和导电性往往是一对矛盾，采用传统的方法尚不能经济地生产出同时具有高抗拉强度和高电导率的铜合金材料。
目前，已开发出形变强化、细晶强化、弥散强化、固溶强化和复合强化等多种方法来提高铜合金的强度和导电性，在已研制出的高强高导铜合金中，有铜铬锆合金的制备工艺简单，综合性能高而受到广泛关注。此合金是典型的时效析出强化合金，需要将合金固溶后进行适当的时效处理，才能获得性能优良的合金材料。该种合金由于引入铬、锆两种强化元素，尽管合金元素可以大幅度提高材料强度，但同时对电导率也存在较大的影响，因此，如何控制Cr、Zr元素在基体中的分布和形态，便成为影响最终产品性能的关键。
发明内容
本发明的目的是通过固溶时效处理，并在稳恒强磁场和直流电流作用下来影响铜合金产物的组织形态和结构，制备出高强度高导电性的铜合金材料。
本发明是一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程：
首先将具有一定质量的铜、铬、锆三者纯净金属原料在真空感应炉中熔炼成铜铬锆合金铸锭，然后把该铸锭加热至980℃，并保温1小时；然后水冷，进行冷变形拉拔处理，把铸锭拉拔成细长的铜合金棒；在拉拔过程中要进行多次固溶处理；将上述固溶后并经冷变形处理的铜铬锆合金棒垂直放置于有惰性气体氩气保护的加热炉的恒温区中；铜铬锆合金棒的两端设置有固定的不锈钢电极；合金棒下端设置一抽拉装置；然后将整套装置放置于0.1-12T的强磁场空间中；给加热炉通电加热，通过控温仪控制恒温区温度为时效温度；同时通过铜合金两端的电极往铜合金通入适当大小的直流电流，确保磁场强度方向和电流密度的方向为互相平行；然后启动抽拉装置，使铜合金缓慢向下移动，以一定恒定速度通过加热炉的恒温区，最后冷却至室温，即获得晶粒细小、合金元素均匀分布的、同时具备高强度和高电导率的铜铬锆合金材料。
所述的纯净金属原料铜、铬、锆三者的质量比最适宜为：Cu∶Cr∶Zr＝99.38∶0.41∶0.21；所述的强磁场空间的磁场强度为0.1-12T(特斯拉)；所述的通入铜合金的直流电流强度为1-30A；所述的铜合金棒向下移动通过加热炉恒温区的最适宜的移动速度为0.1-5mm/min。
一种高强度高电导铜铬锆合金材料的制备方法中所用的专用装置，该装置由水冷管套1、直流电源装置2、超导磁体3、直流电极4、热电偶5、控温装置6、
Figure A20071004749400051
合金棒试样7、加热元件8、惰性气体输入管9、抽拉装置10和密封装置11组成；其特征在于：合金棒试样7放置于设有加热元件8的加热炉中，且位于加热炉炉腔的中央位置；合金棒试样7的上下两端分别连接有直流电电极4，并通过导线与直流电源装置2相连接；合金棒试样7的下端设置有一抽拉装置10，通过该抽拉装置10可使合金棒试样7向下抽拉移动；在设有加热元件8的加热炉炉腔内还设置有一热电偶5；热电偶5和加热元件8均通过导线与控温装置6相连接，以控制和调节炉内温度；加热炉整体装置的最外侧设置有一超导磁体3，使整个装置处于强磁场空间中；在加热炉和超导磁体3之间的环形空间内设置有水冷管套1，以冷却过热的炉体和保护超导磁体3，并可降低炉温和合金棒温度；在加热炉的底部设置有惰性气体输入管9，并设有密封装置11；在加热炉顶部同样对称设置有惰性气体输出管和密封装置。
本发明的原理和特点是：通过对和控制铜铬锆合金的时效条件，将该铜铬锆合金的时效过程置于强磁场中进行，利用强磁场产生的磁化力对原子扩散过程的影响，加上直流电流产生强大的电子风对固态相变的影响，控制溶质原子析出，长大和取向，抑制品粒长大，细化铜铬锆合金晶粒，使合金元素均匀分布，改变铜合金产物的组织形态、结构和性能，制备出具有高强度高电导的铜铬锆合金材料。
附图说明
图1为本发明制备铜铬锆合金材料专用装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：本发明方法是通过下述专用装置来实现的。
参见图1，本实施例中的装置由水冷管套1、直流电源装置2、超导磁体3、直流电极4、热电偶5、控温装置6、
Figure A20071004749400052
合金棒试样7、加热元件8、惰性气体输入管9、抽拉装置10和密封装置11组成；其特征在于：合金棒试样7放置于设有加热元件8的加热炉中，且位于加热炉炉腔的中央位置；合金棒试样7的上下两端分别连接有直流电电极4，并通过导线与直流电源装置2相连接；合金棒试样7的下端设置有一抽拉装置10，通过该抽拉装置10可使合金棒试样7向下抽拉移动；在设有加热元件8的加热炉炉腔内还设置有一热电偶5；热电偶5和加热元件8均通过导线与控温装置6相连接，以控制和调节炉内温度；加热炉整体装置的最外侧设置有一超导磁体3，使整个装置处于强磁场空间中；在加热炉和超导磁体3之间的环形空间内设置有水冷管套1，以冷却过热的炉体和保护超导磁体3，并可降低炉温和合金棒温度；在加热炉的底部设置有惰性气体输入管9，并设有密封装置11；在加热炉顶部同样对称设置有惰性气体输出管和密封装置。
本发明铜铬锆个材料的具体制备过程如下所述：
首先将具有一定质量比的铜、铬、锆三者纯净金属原料在真空感应炉中熔炼成铜铬锆合金铸锭；铜、铬、锆三者的质量比为：Cu∶Cr∶Zr＝99.38∶0.41∶0.21；熔炼所得合金铸锭的直径为50毫米；将该铸锭加热至980℃，并保温1小时；然后水冷，进行冷变形拉拔处理，把铸锭拉拔成直径6mm、长1000mm的细长铜合金棒；在拉拔过程中要进行多次固溶处理。
将上述固溶后并经冷变形处理的铜铬锆个棒试样7装入如图1所示的装置中，即将该铜合金棒7垂直放置于有惰性气体氩气保护的加热炉中，并放于炉中中心位置的恒温区中；启动控温装置6，向加热炉的加热元件8输入交流电，升温加热铜合金棒试样7，同时从炉底的惰性气体输入管9输入氩气，并调节好密封装置11，使不泄漏；调节超导磁体3产生的磁场强度，使其达到6T(特斯拉)；同时调节直流电源装置2，使铜合金棒7通过其二端不锈钢电极4输入直流电流的恒流电流强度达20A；与此同时，通过水冷管套1通入冷却水；将铜合金棒试样7加热到550℃；此时该系统处于强磁场与强电场作用下，磁场强度方向和电流场方向为互相平行的；通过与铜合金棒试样7下端不锈钢电极连接的抽拉装置10，将合金棒试样7向下抽拉移动，以1.2mm/min的速度向下移动；当合金试样全部经过恒温区后，停止通电，关闭控温装置；继续通氩气直到合金试样冷却至室温，取出合金，即得到直径6mm、长1000mm的高强度高电导的铜铬锆合金。
经仪器测试，该铜铬锆合金的抗拉强度可达650MPa，其电导率可达90％IACS以上。

Claims (3)

1.一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程：首先将具有一定质量的铜、铬、锆三种纯净金属原料在真空感应炉中熔炼成铜铬锆合金铸锭，然后把该铸锭加热至980℃，并保温1小时；然后水冷，进行冷变形拉拔处理，把铸锭拉拔成细长的铜合金棒；在拉拔过程中要进行多次固溶处理；将上述固溶后并经冷变形处理的铜铬锆合金棒垂直放置于有惰性气体氩气保护的加热炉的恒温区中；铜铬锆合金棒的两端设置有固定的不锈钢电极；合金棒下端设置一抽拉装置；然后将整套装置放置于0.1-12T的强磁场空间中；给加热炉通电加热，通过控温仪控制恒温区温度为时效温度；同时通过铜合金两端的电极往铜合金通入适当大小的直流电流，确保磁场强度方向和电流密度的方向为互相平行；然后启动抽拉装置，使铜合金缓慢向下移动，以一定恒定速度通过加热炉的恒温区，最台冷却至室温，即获得晶粒细小、合金元素均匀分布的高强度高电导率的铜铬锆合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法，其特征是所述的纯净金属原料铜、铬、锆三者的质量比最适宜为：Cu∶Cr∶Zr＝99.38∶0.41∶0.21；所述的强磁场空间的磁场强度为0.1-12T(特斯拉)；所述的通入铜合金的直流电流强度为1-30A；所述的铜合金棒向下移动通过加热炉恒温区的移动速度为0.1-5mm/min。
3.一种高强度高电导率铜铬锆合金材料的制备方法中所用的专用装置，该装置由水冷管套(1)、直流电源装置(2)、超导磁体(3)、直流电极(4)、热电偶(5)、控温装置(6)、个棒试样(7)、加热元件(8)、惰性气体输入管(9)、抽拉装置(10)和密封装置(11)组成；其特征在于：合金棒试样(7)放置于设有加热元件(8)的加热炉中，且位于加热炉炉腔的中央位置；合金棒试样(7)的上下两端分别连接有直流电电极(4)，并通过导线与直流电源装置(2)相连接；合金棒试样(7)的下端设置有一抽拉装置(10)，通过该抽拉装置(10)可使合金棒试样(7)向下抽拉移动；在设有加热元件(8)的加热炉炉腔内还设置有一热电偶(5)；热电偶(5)和加热元件(8)均通过导线与控温装置(6)相连接，以控制和调节炉内温度；加热炉整体装置的最外侧设置有一超导磁体(3)，使整个装置处于强磁场空间中；在加热炉和超导磁体(3)之间的环形空间内设置有水冷管套(1)，以冷却过热的炉体和保护超导磁体(3)，并可降低炉温和合金棒温度；在加热炉的底部设置有惰性气体输入管(9)，并设有密封装置(11)；在加热炉顶部同样对称设置有惰性气体输出管和密封装置。
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