CN110218897B - 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 - Google Patents
一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110218897B CN110218897B CN201910440747.1A CN201910440747A CN110218897B CN 110218897 B CN110218897 B CN 110218897B CN 201910440747 A CN201910440747 A CN 201910440747A CN 110218897 B CN110218897 B CN 110218897B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- casting
- temperature
- powder
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/04—Compacting only by applying fluid pressure, e.g. by cold isostatic pressing [CIP]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
- B22F2003/208—Warm or hot extruding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
- B22F2009/0848—Melting process before atomisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu‑Cr‑Nb‑Ce合金的制备方法,属于航空发动机燃烧室内衬材料的制造技术领域。主要包括以下步骤:(1)配料;(2)真空感应熔炼;(3)浇铸;(4)电极感应气雾化;(5)粉末包套热挤压;本发明的Cu‑Cr‑Nb‑Ce合金具有较高的耐高温强度和良好的延展性,合金中的Cr和Nb形成LAVES(Cr2Nb)相在超过1600℃时仍是稳定的,因此,Cu‑Cr‑Nb‑Ce合金为大量Cr2Nb硬化相弥散强化铜合金,Cr2Nb硬化相能细化并控制铜的晶粒度,进一步提升铜合金的强度,该Cr2Nb硬化相同时可以阻碍材料在高温时出现的晶粒粗大或晶粒边界出现氧化或熔化现象,避免材料在高温时出现的疲劳及热端部分的烧蚀、裂纹及断裂故障;因此该Cu‑Cr‑Nb‑Ce合金是在高温环境使用极具吸引力的材料。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机燃烧室内衬材料的制造技术领域,具体涉及一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法。
背景技术
液氢液氧发动机作为运载火箭的动力正在获得广泛的应用。这种液体火箭发动机燃烧室内壁经受高温高压、高速气流的作用,承受由于压力载荷和内壁两侧温度梯度引起的很高的热应力。铜合金及铜基复合材料之所以能够吸引火箭发动机部件用它做内衬材料,是因为它具有比其它工程材料更高的热导率。
发动机燃烧室是保证火箭正常运行的核心部件,工作条件非常恶劣。如果发动机在使用过程中超温,就会引起承热部件出现过热、过烧现象,导致材料内部结构晶粒粗大或晶粒边界出现氧化或熔化,进而引起材料的塑性、冲击韧度、疲劳性能、断裂韧度及抗应力、抗腐蚀能力大大下降,引起热端部分的烧蚀、裂纹、断裂故障,因此选择符合要求的燃烧室内衬材料显得尤为重要。破坏部位是冷却通道中心,破坏方式是高温疲劳破坏,因为液体火箭发动机推力室及燃烧室是高温、高热流密度的发生点,内壁受热膨胀时承受一个很大的压力,所以要求推力室及燃烧室内衬材料具有高导热系数,高强度,高的高温抗蠕变能力以及较好的低周疲劳性能。
Cu-8Cr-4Nb-Ce中含有高达14vol%的Cr2Nb相,该Cr2Nb相对晶粒起到钉扎作用,从而细化晶粒。研究表明:三分之二的强化来自于Hall-Petch作用,三分之一的强化来自于Orowan机制。有实验表明:Cr2Nb相在800摄氏度下没有明显的长大及粗化现象,更不会回溶于铜基体,将GRCop-84长期暴露于800摄氏度的温度下,该合金的强度也没有明显的下降。相反,大多数铜合金,如:Cu-Cr及Cu-Ag-Zr合金,在同样的温度下,第二相要么粗化,要么已经重新溶解于铜基体中,从而失去强化作用。由于Cu-Cr-Nb-Ce合金的具有上述特殊属性,使其在制备航空发动机燃烧室内衬材料技术领域必不可少。因此,制备具有高强高导耐高温的Cu-Cr-Nb-Ce合金来满足航空技术领域的要求是势在必行的。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提供了一种航空发动机燃烧室内衬用高强、高导、耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法。
本发明的技术方案是:一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,主要包括以下步骤:
一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)配料:Cu-Cr-Nb-Ce合金的化学组成及其重量百分比为:6-8%Cr、5-7%Nb、0.05-0.1%Ce、Fe≤0.005%、Al≤0.005%、C≤0.004%、O≤0.05%、N≤0.001%,余量为铜,其中,Cu采用电解铜板方式加入,Cr采用CuCr10中间合金加入,Nb采用纯Nb块的方式加入;
(2)真空感应熔炼:将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,再分别向真空感应炉中加入CuCr10中间合金和纯Nb块,加热升温至1600℃进行熔炼,最后加入稀土Ce,通入浓度为99.999%的氩气进行保护,保温10-30min;
(3)浇铸:将步骤(2)中得到的合金液加入水冷铜模模具中进行浇铸,并调控浇铸温度,冷却,得到Cu-Cr-Nb-Ce-合金铸锭;
(4)电极感应气雾化:将步骤(3)浇铸得到的合金铸锭进行电极感应气雾化处理,获得Cu-Cr-Nb-Ce-合金粉末,其中,合金粉末粒度小于100μm,氧含量小于500ppm,氮含量小于10ppm;
(5)粉末包套热挤压:将步骤(4)得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行粉末包套挤压,得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,其中,挤压温度为950-1000℃。
进一步地,所述步骤(1)中的纯Nb块的纯度为99.9%,避免加入的Nb块的纯度不够,影响制备的合金的性能。
进一步地,所述步骤(3)中浇铸过程是在真空环境下进行的,且浇铸采用调节倾斜夹角的浇铸方式进行,具体过程为:当真空度≤0.8Pa时开始浇铸,首先,调节浇铸的倾斜夹角为50-60°,使浇铸速度控制在6.0-6.5t/min之间,浇铸10-15min;其次,调节浇铸的倾斜夹角为35-40°,使浇铸速度控制在3.5-6.5t/min之间;最后,调节浇铸的倾斜夹角为65-75°,使浇铸速度控制在8.0-8.5t/min之间,如果浇铸速率相同,会导致后期浇铸的合金液温度降低从而造成的夹渣、成分偏析等问题,影响制备Cu-Cr-Nb-Ce合金的质量。
进一步地,所述电极感应气雾化处理的具体过程为:所述电极感应气雾化处理的具体过程为:将步骤(3)浇铸得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金铸锭作为自耗式电极,在无坩埚、惰性气体保护下,该电极棒在高频感应器中缓慢旋转、加热、熔化成液流自由下落,直接掉入雾化器后,被高压惰性气体冲击破碎成大量细小液滴。然后,细小液滴在雾化塔中飞行凝固成球状粉末,在整个过程中原料并未与坩埚、导流管接触,因此生成的粉末未受污染,化学纯度很高。其中,该Cu-Cr-Nb-Ce电极棒的加热温度为1600-1800℃,收得的粉末经过筛分,得到粒径小于100μm的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末,通过上述处理过程得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末粒度可控、纯度高,满足生产要求。
进一步地,所述高速惰性气体为氩气、氦气的其中一种或者两者的混合气体,通过惰性气体对合金溶液进行冲击作用,是合金液形成微型液滴的同时,不会和合金液发生反应,保证制备的合金粉末的纯度。
进一步地,所述高速惰性气体的气流压力为4-10MPa,气流速度为300-700m/s,通过控制上述气体的压力和气流流速在一定的范围内,方便控制微型液滴的大小,从而控制合金粉末的粒径在可控范围内。
进一步地,所述步骤(5)中,对Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行包套挤压操作前,先将Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,然后将上述热等静压处理后的合金包入金属包套中并抽真空,为热挤压做准备,在包套热挤压时对合金粉末进行冷等静压和热等静压操作,解决了粉末包套挤压操作时合金粉末泄露的问题,同时提高了包套热挤压后Cu-Cr-Nb-Ce块体材料的致密度。
更进一步地,所述粉末包套热挤压的具体过程为:将步骤(4)得到的合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,随后抽真空,并以300-600℃的温度加热并保温30-40min,并将加热后的金属包套放入挤压模中,继续加热直至温度为950-1000℃,同时,并8mm/s-35mm/s的挤压速度进行挤压,获得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,通过对Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行包套热挤压,使Cu-Cr-Nb-Ce合金材料内部孔隙收缩闭合,得到高密度的块体材料,具备较好的高温力学性能及热导率。
本发明的有益效果是:本发明提供一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,本发明具备以下的优点:
1、本发明设计的Cu-Cr-Nb-Ce合金是一种新型的耐高温铜合金,与传统的材料相比它具有经历传统钎焊实验后力学性能不降低的优良特征,在经历935摄氏度钎焊实验后,在700℃抗拉强度≥150MPa,导热系数≥300W/m·K。
2、本发明设计的Cu-Cr-Nb-Ce合金在各方面均优于其他同类商业铜合金,尤其是其高温力学性能,该合金被证明可以从粉末到各种形式的加工,并且可以进行摩擦焊、钎焊、扩散焊及电子束焊等。总的来说,Cu-Cr-Nb-Ce的一系列优良的物理及机械性能,使其成为在使用温度高达700摄氏度时非常有吸引力的材料。
3、本发明设计的Cu-Cr-Nb-Ce合金经过真空感应熔炼、电极感应气雾化及粉末包套热挤压制备而成,具有较高的耐高温强度和良好的延展性,其低周疲劳性能及导热性也优于其它耐高温铜合金,合金中的Cr和Nb形成LAVES(Cr2Nb)相,起到析出强化作用,这种相在超过1600℃时仍是稳定的,因此,Cu-Cr-Nb-Ce合金为大量Cr2Nb硬化相弥散强化铜合金,Cr2Nb硬化相能细化并控制铜的晶粒度,进一步提升铜合金的强度,该Cr2Nb硬化相同时可以阻碍材料在高温时出现的晶粒粗大或晶粒边界出现氧化或熔化现象,避免材料在高温时出现的疲劳及热端部分的烧蚀、裂纹及断裂故障。同时,稀土元素Ce的加入可以净化铜基体并形成弥散强化的稀土化合物,在一定程度上提高电导率。
4、本发明在粉末包套热挤压时对合金粉末进行冷等静压和热等静压操作,解决了粉末包套挤压操作时合金粉末泄露的问题,同时提高了包套热挤压后Cu-Cr-Nb-Ce块体材料的致密度。
5、通过采用调节倾斜夹角的浇铸方式进行改变不同时间段的浇铸速率,避免浇铸速率相同导致后期浇铸的合金液温度降低从而造成的夹渣、成分偏析等问题,影响制备Cu-Cr-Nb-Ce合金的质量。
附图说明
图1为本发明Cu-6.45%Cr-5.3%Nb-0.05%Ce合金显微组织100X的金相图;
图2为本发明Cu-6.45%Cr-5.3%Nb-0.05%Ce合金显微组织200X的金相图;
图3为本发明Cu-6.65%Cr-5.85%Nb-0.065%Ce合金显微组织50X的金相图;
图4为本发明Cu-6.65%Cr-5.85%Nb-0.065%Ce合金显微组织200X的金相图;
图5为本发明Cu-7.4%Cr-6.6%Nb-0.065%Ce合金显微组织50X的金相图;
图6为本发明Cu-7.4%Cr-6.6%Nb-0.065%Ce合金显微组织200X的金相图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍,但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1、2所示,一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)配料:Cu-Cr-Nb-Ce合金的化学组成及其重量百分比为:6.45%Cr、5.3%Nb、0.05%Ce、0.004%Fe、0.004%Al、0.003%C、0.05%O、0.001%N,余量为铜,其中,Cu采用电解铜板方式加入,Cr采用CuCr10中间合金加入,Nb采用纯Nb块的方式加入;
(2)真空感应熔炼:将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,再分别向真空感应炉中加入CuCr10中间合金和纯度为99.9%的Nb块,加热升温至1600℃进行熔炼,最后加入稀土Ce,通入浓度为99.999%的氩气进行保护,保温10min;
(3)浇铸:将步骤(2)中得到的合金液加入水冷铜模模具中进行浇铸,并调控浇铸温度,冷却,得到Cu-Cr-Nb-Ce-合金铸锭,铸锭的规格为Φ80;
(4)电极感应气雾化:将步骤(3)浇铸得到的合金铸锭进行电极感应气雾化处理,获得Cu-Cr-Nb-Ce-合金粉末,其中,合金粉末粒度约为90μm,氧含量约为480ppm,氮含量约为8ppm;
(5)粉末包套热挤压:将步骤(4)得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行粉末包套挤压,得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,其中,挤压温度为950℃,所制备Cu-Cr-Nb-Ce棒的直径为Φ100。
实施例2
如图3、4所示,一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)配料:Cu-Cr-Nb-Ce合金的化学组成及其重量百分比为:6.65%Cr、5.85%Nb、0.065%Ce、0.003%Fe、0.003%Al、0.002%C、0.04%O、0.001%N,余量为铜,其中,Cu采用电解铜板方式加入,Cr采用CuCr10中间合金加入,Nb采用纯Nb块的方式加入;
(2)真空感应熔炼:将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,再分别向真空感应炉中加入CuCr10中间合金和纯度为99.9%的Nb块,加热升温至1600℃进行熔炼,最后加入稀土Ce,通入浓度为99.999%的氩气进行保护,保温20min;
(3)浇铸:将步骤(2)中得到的合金液加入水冷铜模模具中进行浇铸,并调控浇铸温度,冷却,得到Cu-Cr-Nb-Ce-合金铸锭,铸锭的规格为Φ80;
(4)电极感应气雾化:将步骤(3)浇铸得到的合金铸锭进行电极感应气雾化处理,获得Cu-Cr-Nb-Ce-合金粉末,其中,合金粉末粒度约为100μm,氧含量约为500ppm,氮含量约为10ppm;
(5)粉末包套热挤压:将步骤(4)得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行粉末包套挤压,得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,其中,挤压温度为960℃,所制备Cu-Cr-Nb-Ce棒的直径为Φ100。
实施例3
如图5、6所示,一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)配料:Cu-Cr-Nb-Ce合金的化学组成及其重量百分比为:7.4%Cr、6.6%Nb、0.065%Ce、0.002%Fe、0.002%Al、0.001%C、0.03%O、0.001%N,余量为铜,其中,Cu采用电解铜板方式加入,Cr采用CuCr10中间合金加入,Nb采用纯Nb块的方式加入;
(2)真空感应熔炼:将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,再分别向真空感应炉中加入CuCr10中间合金和纯度为99.9%的Nb块,加热升温至1600℃进行熔炼,最后加入稀土Ce,通入浓度为99.999%的氩气进行保护,保温30min;
(3)浇铸:将步骤(2)中得到的合金液加入水冷铜模模具中进行浇铸,并调控浇铸温度,冷却,得到Cu-Cr-Nb-Ce-合金铸锭,铸锭的规格为Φ80;
(4)电极感应气雾化:将步骤(3)浇铸得到的合金铸锭进行电极感应气雾化处理,获得Cu-Cr-Nb-Ce-合金粉末,其中,合金粉末粒度约为95μm,氧含量约为490ppm,氮含量约为9ppm;
(5)粉末包套热挤压:将步骤(4)得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行粉末包套挤压,得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,其中,挤压温度为1000℃,所制备Cu-Cr-Nb-Ce棒的直径为Φ100。
实施例4
实施例4与实施例3基本相同,不同之处在于:
步骤(3)中浇铸过程是在真空环境下进行的,且浇铸采用调节倾斜夹角的浇铸方式进行,具体过程为:当真空度为0.8Pa时开始浇铸,首先,调节浇铸的倾斜夹角为55°,使浇铸速度控制在6.3t/min之间,浇铸13min;其次,调节浇铸的倾斜夹角为38°,使浇铸速度控制在4.5t/min之间;最后,调节浇铸的倾斜夹角为70°,使浇铸速度控制在8.3t/min之间,如果浇铸速率相同,会导致后期浇铸的合金液温度降低从而造成的夹渣、成分偏析等问题,影响制备Cu-Cr-Nb-Ce合金的质量。
实施例5
实施例5与实施例4基本相同,不同之处在于:
电极感应气雾化处理的具体过程为:将步骤(3)浇铸得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金铸锭作为自耗式电极,在无坩埚、惰性气体保护下,该电极棒在高频感应器中缓慢旋转、加热、熔化成液流自由下落,直接掉入雾化器后,被高压惰性气体冲击破碎成大量细小液滴。然后,细小液滴在雾化塔中飞行凝固成球状粉末,在整个过程中原料并未与坩埚、导流管接触,因此生成的粉末未受污染,化学纯度很高。其中,该Cu-Cr-Nb-Ce电极棒的加热温度为1700℃,收得的粉末经过筛分,得到粒径为90μm的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末,通过上述处理过程得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末粒度可控、纯度高,满足生产要求。
实施例6
实施例6与实施例5基本相同,不同之处在于:
步骤(5)中,对Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行包套挤压操作前,先将Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,然后将上述热等静压处理后的合金包入金属包套中并抽真空,为热挤压做准备,在包套热挤压时对合金粉末进行冷等静压和热等静压操作,解决了粉末包套挤压操作时合金粉末泄露的问题,同时提高了包套热挤压后Cu-Cr-Nb-Ce块体材料的致密度。
粉末包套热挤压的具体过程为:将步骤(4)得到的合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,随后抽真空,并以500℃的温度加热并保温35min,并将加热后的金属包套放入挤压模中,继续加热直至温度为980℃,同时,并22mm/s的挤压速度进行挤压,获得带Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,通过对Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行包套热挤压,使Cu-Cr-Nb-Ce合金材料内部孔隙收缩闭合,得到高密度的块体材料,具备较好的高温力学性能及热导率。
试验例
按本发明的实施例1-6所制备出的高强高导耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金材料相关性能参数如表1所示:
表1:Cu-Cr-Nb-Ce合金材料相关性能参数表
由表1可得出,Cu-6.45%Cr-5.3%Nb-0.05%Ce合金室温导热系数为335W/m·K,导电率为68%IACS,700℃的抗拉强度为126MPa,在经历935摄氏度钎焊实验后,在700℃抗拉强度达到120MPa;Cu-6.65%Cr-5.85%Nb-0.065%Ce合金室温导热系数为320W/m·K,导电率为65%IACS,700℃的抗拉强度为134MPa,经历935摄氏度钎焊实验后,在700℃抗拉强度达到129MPa;Cu-7.4%Cr-6.6%Nb-0.065%Ce合金室温导热系数为307W/m·K,导电率为62%IACS,700℃的抗拉强度为154MPa,经历935摄氏度钎焊实验后,在700℃抗拉强度达到147MPa。该材料在经历935摄氏度钎焊实验后,在700℃时的抗拉强度≥120MPa,导热系数≥300W/m·K,具备良好的高温力学性能及热导率,使其成为在使用温度高达700摄氏度时非常有吸引力的材料。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
配料:Cu-Cr-Nb-Ce合金的化学组成及其重量百分比为:6-8%Cr、5-7%Nb、0.05-0.1%Ce、Fe≤0.005%、Al≤0.005%、C≤0.004%、O≤0.05%、N≤0.001%,余量为铜,其中,Cu采用电解铜板方式加入,Cr采用CuCr10中间合金加入,Nb采用纯Nb块的方式加入;
真空感应熔炼:将上述重量百分比的电解铜板装入真空感应炉中,抽真空,待电解铜板熔化后,再分别向真空感应炉中加入CuCr10中间合金和纯Nb块,加热升温至1600℃进行熔炼,最后加入稀土Ce,通入浓度为99.999%的氩气进行保护,保温10-30min;
浇铸:将步骤(2)中得到的合金液加入水冷铜模模具中进行浇铸,并调控浇铸温度,冷却,得到Cu-Cr-Nb-Ce-合金铸锭;
电极感应气雾化:将步骤(3)浇铸得到的合金铸锭进行电极感应气雾化处理,获得Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末,其中,合金粉末粒度小于100μm,氧含量小于500ppm,氮含量小于10ppm;
粉末包套热挤压:将步骤(4)得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行粉末包套挤压,得到Cu-Cr-Nb-Ce块体材料,其中,挤压温度为950-1000℃;
所述步骤(3)中浇铸过程是在真空环境下进行的,且浇铸采用调节倾斜夹角的浇铸方式进行,具体过程为:当真空度≤0.8Pa时开始浇铸,首先,调节浇铸的倾斜夹角为50-60°,使浇铸速度控制在6.0-6.5t/min之间,浇铸10-15min;其次,调节浇铸的倾斜夹角为35-40°,使浇铸速度控制在3.5-6.5t/min之间;最后,调节浇铸的倾斜夹角为65-75°,使浇铸速度控制在8.0-8.5t/min之间;
所述步骤(5)中,对Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末进行包套挤压操作前,先将Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,然后将上述热等静压处理后的合金包入金属包套中并抽真空,为热挤压做准备;
所述粉末包套热挤压的具体过程为:将步骤(4)得到的合金粉末装入软膜模具中,进行热等静压成型,随后抽真空,并以300-600℃的温度加热并保温30-40min,并将加热后的金属包套放入挤压模中,继续加热直至温度为950-1000℃,同时,并8mm/s-35mm/s的挤压速度进行挤压,获得Cu-Cr-Nb-Ce块体材料;
所述电极感应气雾化处理的具体过程为:将步骤(3)浇铸得到的Cu-Cr-Nb-Ce合金铸锭作为自耗式电极,在无坩埚、惰性气体保护下,该电极棒在高频感应器中缓慢旋转、加热、熔化成液流自由下落,直接掉入雾化器后,被高压惰性气体冲击破碎成大量细小液滴,然后,细小液滴在雾化塔中飞行凝固成球状粉末,在整个过程中原料并未与坩埚、导流管接触,其中,该Cu-Cr-Nb-Ce电极棒的加热温度为1600-1800℃,收得的粉末经过筛分,得到粒径小于100μm的Cu-Cr-Nb-Ce合金粉末。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的纯Nb块的纯度为99.9%。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,其特征在于,所述高压惰性气体为氩气、氦气的其中一种或者两者的混合气体。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法,其特征在于,所述高压惰性气体的气流压力为4-10MPa,气流速度为300-700m/s。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910440747.1A CN110218897B (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910440747.1A CN110218897B (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110218897A CN110218897A (zh) | 2019-09-10 |
CN110218897B true CN110218897B (zh) | 2021-01-22 |
Family
ID=67817952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910440747.1A Active CN110218897B (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110218897B (zh) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111074180B (zh) * | 2019-12-23 | 2021-04-09 | 宝胜(宁夏)线缆科技有限公司 | 一种重卡轮毂用高强耐压铝合金铸棒及其制备工艺 |
CN111378865A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-07 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种高强高导耐高温Cu-Cr-Nb-Zr合金及其制备方法 |
CN111534710B (zh) * | 2020-04-21 | 2021-03-30 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种含有Cr2Nb相的高强高导耐高温铜合金的制备方法 |
CN111440963B (zh) * | 2020-05-09 | 2021-11-09 | 中南大学 | 一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法 |
AU2021297476A1 (en) | 2020-06-25 | 2022-12-15 | 6K Inc. | Microcomposite alloy structure |
CN112030031B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-02-11 | 河北雄安地一新材料科技有限公司 | 一种铜合金材料及其制备方法和应用 |
CN116547068A (zh) | 2020-09-24 | 2023-08-04 | 6K有限公司 | 用于启动等离子体的系统、装置及方法 |
KR20230095080A (ko) | 2020-10-30 | 2023-06-28 | 6케이 인크. | 구상화 금속 분말을 합성하는 시스템 및 방법 |
CN113106287A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-13 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种利用熔体旋转法制备耐高温CuCrNb合金的方法 |
US20220324022A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-13 | 6K Inc. | Microwave plasma processing of spheroidized copper or other metallic powders |
EP4313449A1 (en) | 2021-03-31 | 2024-02-07 | 6K Inc. | Systems and methods for additive manufacturing of metal nitride ceramics |
CN114293064B (zh) * | 2022-03-09 | 2022-07-26 | 北京科技大学 | 高强高导耐高温Cu-Cr-Nb合金及其制备方法 |
US12261023B2 (en) | 2022-05-23 | 2025-03-25 | 6K Inc. | Microwave plasma apparatus and methods for processing materials using an interior liner |
US12040162B2 (en) | 2022-06-09 | 2024-07-16 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing an upstream swirl module and composite gas flows |
US12094688B2 (en) | 2022-08-25 | 2024-09-17 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing a powder ingress preventor (PIP) |
US12195338B2 (en) | 2022-12-15 | 2025-01-14 | 6K Inc. | Systems, methods, and device for pyrolysis of methane in a microwave plasma for hydrogen and structured carbon powder production |
CN117600473B (zh) * | 2023-08-08 | 2025-02-25 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种电磁轨道炮用Cu-Cr-Nb-RE材料导轨制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5873618B2 (ja) * | 2009-08-18 | 2016-03-01 | 新日鐵住金株式会社 | 銅合金の製造方法 |
CN105154709B (zh) * | 2015-07-17 | 2017-11-14 | 河南科技大学 | 高铬铜合金材料及其制备方法 |
CN106148760B (zh) * | 2016-06-28 | 2018-08-14 | 浙江亚通焊材有限公司 | 用于3D打印的医用β钛合金粉体材料及其制备方法 |
CN108893646A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-27 | 浙江力博实业股份有限公司 | 一种电极材料用铜铬锆铌合金的制备方法 |
-
2019
- 2019-05-24 CN CN201910440747.1A patent/CN110218897B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110218897A (zh) | 2019-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110218897B (zh) | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 | |
Bewlay et al. | Ultrahigh-temperature Nb-silicide-based composites | |
KR102273787B1 (ko) | 하이엔트로피 합금을 포함하는 복합 구리 합금 및 그 제조 방법 | |
CN111440963B (zh) | 一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法 | |
CN113020598B (zh) | 一种选区激光熔化成形镍基高温合金及其制备方法 | |
CN100532599C (zh) | 一种抗疲劳的Cu-Ti合金及其生产方法 | |
CN116065057A (zh) | 一种高W-Mo固溶强化的航天用优质高温合金棒材及其制备方法 | |
CN103160701A (zh) | 一种耐高温的Mo-Si-B合金的制备方法 | |
CN109536775B (zh) | 一种高温钛合金及其制备方法 | |
CN107586977A (zh) | 一种高强高导铜合金棒材的制备方法 | |
CN115418544A (zh) | 一种析出型强化高熵高温合金及其制备方法 | |
CN107299250A (zh) | 铸态强韧Ti3Al金属间化合物及其制造方法和应用 | |
CN104789817A (zh) | 发动机涡轮用ods高温合金材料及其制备方法 | |
CN101086044A (zh) | 一种高强高弹性Cu-Ti合金及其制造方法 | |
CN114480920B (zh) | 一种3d打印用镍基高温合金粉末及其制备方法和应用 | |
CN115074580A (zh) | Ni2Al3-TiC高温合金细化剂及制备方法和应用 | |
CN112831708A (zh) | 一种钛铝基多晶耐热钛合金及其制备方法 | |
CN108453332B (zh) | 非晶态Ti-Zr-Cu-Ni钎料真空钎焊TiAl基合金的钎焊工艺 | |
CN108165780B (zh) | 一种Ni-Cr-Al-Fe系高温合金的制备方法 | |
CN117802387A (zh) | 一种增材制造用高铬含量钴镍基高温合金及其制备方法 | |
CN108486402B (zh) | 一种TiN颗粒增强镍基复合材料及其制备方法 | |
CN113652573B (zh) | 一种高强高导高耐热Cu-Ag-Hf合金材料及其制备方法 | |
CN116397128A (zh) | 一种稀土铜铬合金材料及其制备方法 | |
CN114293067A (zh) | 一种用于电子烟花推杆的高温合金及其制备工艺及应用 | |
CN114134368B (zh) | 一种激光切割喷嘴用高温合金及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |