雾化法制备Cu-Cr合金粉末及其组织的研究

摘要

Cu-Cr系合金作为高强高导铜合金是一类具有良好综合性能的结构功能材料，在电接触材料、集成电路引线框架、连铸机结晶器内衬、电力机车接触网架空导线和高强脉冲磁场导体线圈等其他方面有着广泛的应用，开发高强高导铜合金已经成为国内外重要的研究方向。采用传统方法制备Cu-Cr、Cu-Cr-Zr合金已难以满足各方面的要求，快速凝固技术以其特有的优点，进入了人们的视野并迅猛发展，提供了一种新的制备高强高导铜合金的生产思路。
　　本实验采用自制雾化设备制备了Cu-Cr、Cu-Cr-Zr合金粉末，并研究了雾化法制备Cu-Cr、Cu-Cr-Zr合金粉末的粒度分布及宏观、微观形貌；分析计算了雾化法制备Cu-Cr合金的冷却速度以及不同冷速下Cr的形貌等问题；研究了还原后Cu-Cr合金的微观形貌以及不同时间不同温度时效后Cr的析出规律。实验结果主要有以下几点：
　　(1)雾化法制备的Cu-Cr合金粉末粒度分布集中，粉末粒度集中在30～150μm之间，30～150μm之间的粉末收得率接近90％，粒度分布呈单峰正态分布。
　　(2)雾化法制备的Cu-Cr合金粉末颗粒呈球形和近球形，粉末表面光滑，粉末晶粒细小，晶界连续，在晶粒内部和晶界处并没有观察到明显的Cr的析出，形成了成分均匀的过饱和固溶体。
　　(3)雾化法制备的Cu-Cr合金粉末XRD衍射花样为面心立方Cu的衍射花样，随着Cr含量的增加，Cu-Cr合金衍射峰向小角度偏移；随着粉末粒度的减小，衍射峰向小角度偏移，Cu-Cr合金粉末固溶度有所提高。
　　(4)雾化法制备的Cu-Cr合金粉末冷却速度为2.065×105～8.45×103K/s，Cu-Cr合金粉末冷却速度随粉末粒度的变化曲线呈指数分布，当颗粒尺寸小于50μm时，粉末冷却速度随粉末粒度的增加急剧下降，当粉末粒度大于50μm时，冷却速度下降趋势减缓。
　　(5)雾化法制备的Cu-Cr合金粉末颗粒微观组织主要由(Cu+Cr)共晶组织和富Cu相组成，随着冷却速度的增加，(Cu+Cr)共晶组织先增加后减少，富铜相由胞状晶向柱状晶过度，最后形成成分均匀的等轴晶。
　　(6)Cu-Cr合金粉末在440℃时效不同时间后，时效初期，晶粒内部析出纳米级富Cr颗粒，随着时效时间的延长，富Cr颗粒逐渐长大成为长条状组织并在晶界富集；Cu-Cr合金粉末在320℃、360℃、400℃、440℃、480℃时效2h后，组织变化明显，低温时效期间，在粉末晶粒内部析出细小富Cr颗粒且长大缓慢，时效温度高于400℃后，富Cr颗粒迅速长大，最后在晶界处形成长条状组织，显微硬度也随之发生变化。
　　(7)雾化法制备的Cu-Cr-Zr合金粉末，与Cu-Cr合金粉末相比，粉末粒径增加，表面光滑度减小，粉末颗粒大部分为近球形和椭球形，晶粒细小，组织清晰，晶粒内部无明显的Cr和Zr析出，形成了组织均匀的过饱和固溶体，最大冷却速度为1.078×104K/s。