一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法，包括：步骤一、按照比例称取Cu、Fe原料，装入坩埚放至真空熔炼炉，关闭炉盖和放气阀，清理观察窗；步骤二、开启机械泵和低真空挡板阀，待真空熔炼炉内真空压力P≤0.08MPa时，开启罗茨泵抽真空到P≤4Pa时，真空熔炼炉功率升至25KW，保温8min，真空熔炼炉功率升至45KW，保温8min，真空熔炼炉加热功率升至65KW，待坩埚内原料均匀后降功率至20KW，向炉体内充入氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩气阀，升功率至70KW，精炼2min；步骤三、降低真空熔炼炉功率至40KW，保持0.5min开始向浇铸模具内进行浇铸，浇铸完成后冷却60min后出炉。

说明书

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，具体是涉及一种采用真空感应熔炼CuFe 母合金材料的制备方法。

背景技术

随着高强高导铜合金被广泛应用于各行各业，对此类高强高导铜合金的使用性能及制造成本提出更高的要求，铜铁合金因其同时具有铜的导电性，热传导性，延展性，弹性等性质和铁的耐磨性，强度，硬度，磁性等性质，表现出独有的且优越的特点，如电磁波屏蔽性、弹性、导电性、放热性、耐磨性、抗菌性等，并且铜铁合金可以被加工成棒材、电缆、板材、薄膜、粉末、管状等多种物理形态，并且可以应用于各种产业领域，拥有无法超越的竞争力和市场前景。

但是从铜铁相图来看，室温时两者几乎完全不互溶，300℃时溶解度仍然为零，在1094℃时溶解度也只有5％左右，Fe在Cu中极低的溶解度，导致该合金在凝固过程中极易形成偏析严重的组织，严重影响了CuFe合金的应用。而快速凝固可以细化晶粒，增加固溶度，并且使抑制或者减轻CuFe合金在凝固过程中形成偏析组织的有效途径，因此快速凝固行为研究越来越受到人们的关注。

目前国内外生产CuFe合金的方法有：机械合金化法、气体雾化法、落管法、电磁悬浮熔炼法和真空电弧熔炼法等，这些方法有的成本较高，有的无法实现量产，现存的真空感应熔炼方法要添加稀土元素，本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种采用真空感应熔炼的制备方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法。

本发明的技术方案是：一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、配料装炉

按照含量百分比为1:1的比例称取Cu、Fe原料，混合均匀后装入坩埚放至真空熔炼炉内，关闭真空熔炼炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；

步骤二、真空感应熔炼

开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待真空熔炼炉内真空压力P≤ 0.08MPa时，开启罗茨泵，当真空度抽到P≤4Pa时，加热升温，真空熔炼炉功率升至20KW-30KW，保温5min-10min，真空熔炼炉功率升至40KW-50KW，保温 5min-10min，真空熔炼炉加热功率升至60KW-70KW，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW，打开充氩气阀，缓慢向真空熔炼炉炉体内充入氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩气阀，升功率至70KW±5KW，精炼1min-2min；

步骤三、浇铸出炉

降低真空熔炼炉功率至40KW±5KW，保持0.5min开始向浇铸模具内进行浇铸，浇铸完成后关闭加热，冷却60min后出炉。

进一步地，所述真空熔炼炉内设有压力感应器，用于对真空熔炼炉内压力进行实时监测，压力感应器内集成设置有MAS智能控制器，且所述MAS智能控制器与所述罗茨泵、加热装置和充氩气阀分别电性连接，用于对罗茨泵、加热装置和充氩气阀的启停进行智能控制，智能化控制，精确度高且节省人力，提高熔炼效率。

进一步地，所述坩埚材质为氧化锆，熔炼时选用的坩埚必须为不含碳的坩埚，含碳坩埚中的碳严重影响铜铁合金的熔炼，浇铸模具为钢膜模具，成型快、易冷却且损耗低。

进一步地，所述Cu、Fe原料的纯度大于99.9％，从原料上避免杂质的含量，确保CuFe母合金的纯度。

进一步地，所述步骤二中充入氩气浓度为99.999％，浓度越高，保护性越好。

进一步地，所述步骤三中的浇铸时间t≦1min，浇铸速度为先慢、再快、再慢的速度顺序，浇筑时间长容易导致浇铸不均匀。

进一步地，所述步骤三中的冷却方式为水冷冷却，所述水冷冷却采用的是烷基联苯导热油，水冷冷却相较于风冷效率更高，且采用的烷基联苯导热油沸点高、热稳定性好且无腐蚀性。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法，与现有技术相比，选取纯度较高的原材料，从源头上保证了合金的纯度，同时熔炼坩埚选取无碳坩埚，避免碳影响铜铁合金的熔炼，且优化了熔炼步骤，通过本发明提供的制备方法制得的CuFe母合金材料气体含量低、夹杂物少、并且组织成分均匀，无Cu、Fe富集等宏观、微观缺陷，采用该CuFe母合金可以成功地制备出各种不同Fe含量的铜铁合金材料。

附图说明

图1-2是本发明的CuFe合金金相组织示意图。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-2和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。

实施例1

一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、配料装炉

按照含量百分比为1:1的比例称取纯度大于99.9％的Cu、Fe原料，混合均匀后装入氧化锆坩埚放至真空熔炼炉内，关闭真空熔炼炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；

步骤二、真空感应熔炼

开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待真空熔炼炉内真空压力P＝0.08MPa时，开启罗茨泵，当真空度抽到P＝4Pa时，加热升温，真空熔炼炉功率升至25KW，保温8min，真空熔炼炉功率升至15KW，保温8min，真空熔炼炉加热功率升至65KW，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW，打开充氩气阀，缓慢向真空熔炼炉炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa 时，关闭充氩气阀，升功率至70KW，精炼2min，真空熔炼炉内设有压力感应器，用于对真空熔炼炉内压力进行实时监测，压力感应器内集成设置有MAS智能控制器，且MAS智能控制器与所述罗茨泵、加热装置和充氩气阀分别电性连接，用于对罗茨泵、加热装置和充氩气阀的启停进行智能控制，智能化控制，精确度高且节省人力，提高熔炼效率；

步骤三、浇铸出炉

降低真空熔炼炉功率至40KW，保持0.5min开始向钢浇铸模具内进行浇铸，浇铸时间t＝1min，浇铸完成后关闭加热，冷却60min后出炉，冷却方式为水冷冷却，水冷冷却采用的是烷基联苯导热油。

实施例2

利用实施例1的真空感应熔炼法制备的CuFe合金金相组织如图1-2所示：

图1-2中，灰色部位为铁相，白色部位为铜相，从图1-2中可以看出，铁相主要为颗粒状或者树枝状，并且弥散均匀的分布于铜基体内，无明显可见的偏析现象。

结论：利用实施例1的真空感应熔炼法制备的CuFe合金组织均匀且无偏析。

实施例3

利用实施例1中的真空感应熔炼法制备的CuFe母合金化学含量检测如表1 所示：

表1CuFe母合金化学含量检测表

Fe(％)O(ppm)N(ppm)C(ppm)S(ppm)CuFe母合金50.1860141637

结论：利用实施例1的真空感应熔炼法制备的CuFe合金夹杂物少、并且组织成分均匀。

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。