权利要求
1.一种
铜铬金属粉饼，其特征在于，包括铬粉与铜粉，所述铬粉与铜粉经混合、压块后得到所述铜铬金属粉饼。
2.根据权利要求1所述的铜铬金属粉饼，其特征在于，所述铬粉的粒度为100-200目，所述铜粉的粒度为100-200目。
3.根据权利要求1所述的铜铬金属粉饼，其特征在于，按照重量百分比计，所述铬粉为15-25wt%，所述铜粉为75-85wt%。
4.根据权利要求3所述的铜铬金属粉饼，其特征在于，按照重量百分比计，所述铬粉为20wt%，所述铜粉为80wt%。
5.根据权利要求1至4任一项所述的铜铬金属粉饼，其特征在于，所述铬粉与铜粉经混合后得到混合粉体，所述混合粉体的密度为2.6~3.0 g/cm3;所述铜铬金属粉饼的密度为7.4~8.2 g/cm3。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的铜铬金属粉饼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铬粉与铜粉投入
混合机中，控制转速为12~16 rpm，混合15-20 min，得到混合粉体;
(2)将所述混合粉体置于压块机中进行压块，控制压强为220~250 bar，混合粉体的初始高度为140~150 mm，压块后高度为50~55 mm。
7.一种铬锆
铜合金的熔炼方法，其特征在于，采用
电解铜、锆铜中间合金以及权利要求1至5中任一项所述的铜铬金属粉饼进行熔炼。
8.根据权利要求7所述的铬锆铜合金的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述铜铬金属粉饼、电解铜、锆铜中间合金投入真空感应熔炼炉内进行熔炼，得到合金熔液;
S2、将所述合金熔液浇注进锭模，经过凝固形成铬锆铜合金铸锭。
9.根据权利要求8所述的铬锆铜合金的熔炼方法，其特征在于，步骤S1中，先将电解铜熔炼得到铜水，待铜水熔清且铜水温度达到1100~1300℃后，将所述铜铬金属粉饼、锆铜中间合金加入至铜水中，并升温至1250-1270℃，恒温5-10min，静置，降温至1180-1200℃，得到合金熔液。
10.一种铬锆铜合金，其特征在于，采用权利要求7至9中任一项所述的铬锆铜合金的熔炼方法制备得到。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种铜铬金属粉饼及制备方法、铬锆铜合金及熔炼方法。
背景技术
[0002]铬锆铜合金是指以铜为基体，加入铬和锆形成的合金，其具有高的强度和优异的导电、导热性能,被广泛用于高强、高导领域,铬锆铜合金每年在自动化要求高的电阻焊电极、汽车及轮船的焊接工序等方面的需求量大。纯铬的熔点高达1907℃，而铜的熔点仅为1085℃。若直接将纯铬加入铜液中，会存在以下两点问题：第一、需将铜液过热至远超其熔点的高温，这会显著增加能耗、加剧熔炼设备损耗，并导致铜液氧化烧损;第二、较高的熔炼温度必然会导致凝固困难，且凝固过程中会造成不同程度的偏析。
[0003]为解决上述问题，研究人员选择用铜铬中间合金代替纯金属铬进行熔炼，通过将铜、铬金属预制成CuCr20中间合金，该CuCr20中间合金的熔点可降低至约1200℃，使铬在常规铜熔炼温度(1100~1300℃)下即可熔化，很大程度上避免了以上问题。
[0004]目前，国内对于铜铬中间合金的制备方法有很多，例如真空熔炼法、热压烧结法、真空电弧熔炼法、
铝热还原法等，公开(公告)号为CN101760659B、专利标题为一种铜铬中间合金的制备方法的中国发明专利公开了按照一定比例将铝、氧化铜、铜、铬研磨成粉末后在40-60 MPa压力下压制成块，采用氩气吹扫结合加热排出空气后，在250~280℃温度范围下通过引燃剂自发反应放出的热量引发反应物料的铝热反应，去除表面Al2O3后得到铜铬中间合金，此法保证了铜铬中间合金中铬的含量在20%以上，但铝热反应难以控制，只能单次小批量生产，时间和人工成本高，难以应用于工业化生产;公开(公告)号为CN103820659B、专利标题为一种铜铬中间合金的制备方法及铜铬锆合金的制备方法的中国发明专利公开了将铜块放于
石墨坩埚的底部,粒度为10-50 mm金属铬放于加料斗的各分仓中，1200~1250℃下真空分批熔炼，然而，此法为减少铬的偏析、保证金属铬的收得率，在成分上需严格控制铜铬中间合金中金属铬的质量百分比在6%~8%，在后续制备铬锆铜合金时，需添加高比例的铜铬中间合金，导致熔炼量和能耗大大增加，并且铜铬中间合金制备过程中需采用高温加真空的设备，也大大增加了设备成本。上述方法都存在工序繁琐、加工成本高、设备要求高等不足。
发明内容
[0005]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种铜铬金属粉饼及制备方法、铬锆铜合金及熔炼方法。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明的第一方面在于提供一种铜铬金属粉饼，包括铬粉与铜粉，所述铬粉与铜粉经混合、压块后得到所述铜铬金属粉饼。
[0007]本发明采用混粉压制制得铜铬金属粉饼，将该铜铬金属粉饼代替铜铬中间合金进行铬锆铜合金熔铸，极大程度改善了以上问题和不足，将混合物性质的粉饼加入到高温铜水中会先溶解扩散再进行熔化，而铜铬中间合金并不存在溶解扩散过程，其作为一种单质合金状态只能依靠温度从外向内将其缓慢熔化，耗费时间和能源，并且长时间的高温会有不同程度的氧化，最终铬的收得率较低;另外，粉饼所需熔化温度相对较低，使得铜锭凝固过程耗时更短，产出铜锭杂质含量更少。
[0008]在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下的改进：
进一步，所述铬粉的粒度为100-200目，所述铜粉的粒度为100-200目。
[0009]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：如若金属粉体的粒度小于100目，即粒径较大，则会影响粉饼密实度，即压制后的粉饼空隙率增大，从而无法保证成块密度，在后续熔铸过程中影响熔炼效果及效率;如若金属粉体的粒度大于200目，即粒径较小，则会增加较多成本;因此，本发明将铬粉及铜粉的粒度均设置为100-200目。
[0010]进一步，按照重量百分比计，所述铬粉为15-25wt%，所述铜粉为75-85wt%。
[0011]进一步，所述铬粉为20wt%，所述铜粉为80wt%。
[0012]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：对于该重量百分比的设计，若铜铬金属粉饼中的铬含量过低(即低于15wt%)，则制备特定铬含量的铬锆铜合金需提高铜铬金属粉饼的含量，导致熔炼量和能耗的增加;若铜铬金属粉饼中的铬含量过高(即高于25wt%)，则在铬锆铜合金的熔炼过程中，微量铜铬金属粉饼的添加即会导致成分的偏差;本发明将铬粉、铜粉的重量百分比设定在合理范围内，一方面便于提高稀释效率，且便于精确控制成分，另一方面有利于减少原料浪费，减少运输与储存成本，同时降低多次添加导致的金属烧损。
[0013]对于提高稀释效率与精确控制成分，以下举例进行说明：
例如，若铬锆铜合金中要求含1wt%的铬，使用铜铬金属粉饼(其中铬粉的重量百分比为20wt%)，只需添加5%的铜铬金属粉饼即可实现(20wt%×5%=1wt%)，从而便于提高稀释效率以及精确控制成分。
[0014]进一步，所述铬粉与铜粉经混合后得到混合粉体，所述混合粉体的密度为2.6~3.0g/cm3;所述铜铬金属粉饼的密度为7.4~8.2 g/cm3。
[0015]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：铜铬金属粉饼的压实密度为7.4~8.2g/cm3，如果密度值小于此范围，则在后续熔铸过程中，会因低于铜水密度而上浮，影响熔炼效果及效率;如果密度值大于此范围，则会大大增加时间和能源的耗费。
[0016]本发明的第二方面在于提供上述铜铬金属粉饼的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铬粉与铜粉投入混合机中，控制转速为12~16 rpm，混合15-20 min，得到混合粉体;
(2)将所述混合粉体置于压块机中进行压块，控制压强为220~250 bar，混合粉体的初始高度为140~150 mm，压块后高度为50~55 mm。
[0017]本发明提供的铜铬金属粉饼的制备方法，通过金属粉体混匀和压块制备所述铜铬金属粉饼，无需采用烧结工艺，对设备能力要求低，设备成本低，且流程简单，耗时短。无烧结压块粉饼的颗粒间以范德华力或机械咬合为主，孔隙率较高(孔隙率>15%)，较高的孔隙率有利于金属颗粒更快的扩散到铜水中;而烧结工艺会促进元素扩散，是一种冶金结合，相较于烧结前，最终密度会提升5-10%，因此并不利于金属颗粒在铜水中的扩散;相比于经过烧结工艺制得的合金，尽管本发明提供的粉饼的抗拉强度、导电率性能较差，但考虑到该粉饼最终作用只是作为中间合金来降低铜合金熔炼过程中的难度，粉饼性能并不是主要影响因素，因此该法节省了烧结步骤带来的能源成本，并且较大的孔隙率有利于金属颗粒更快的扩散到铜水中，也更好的实现了目标。
[0018]本发明的第三方面在于提供一种铬锆铜合金的熔炼方法，采用电解铜、锆铜中间合金以及上述铜铬金属粉饼进行熔炼。
[0019]进一步，所述铬锆铜合金的熔炼方法包括以下步骤：
S1、将所述铜铬金属粉饼、电解铜、锆铜中间合金投入真空感应熔炼炉内进行熔炼，得到合金熔液;
S2、将所述合金熔液浇注进锭模，经过凝固形成铬锆铜合金铸锭。
[0020]进一步，步骤S1中，先将电解铜熔炼得到铜水，待铜水熔清且铜水温度达到1100~1300℃后，将所述铜铬金属粉饼、锆铜中间合金加入至铜水中，并升温至1250-1270℃，恒温5-10min，静置，降温至1180-1200℃，得到合金熔液。
[0021]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：1100~1300℃可保证铜完全熔化成铜水，升温至1250-1270℃既是保证合金元素充分熔化并均匀混合，也是防止铬和锆的烧损。
[0022]本发明的另一方面在于提供一种铬锆铜合金，采用上述铬锆铜合金的熔炼方法制备得到。
[0023]与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明采用铜铬金属粉饼代替现有技术中的铜铬中间合金进行铬锆铜合金的熔铸，粉饼在铜水中首先进行溶解扩散再进行熔化，极大地缩短了熔炼时间以及能耗，且由于熔炼时间大大缩短，使得最终铬的收得率得以提高，同时也可以降低熔炼温度，进而缩短铸锭凝固时间，并进一步减少铸锭杂质含量;
本发明依次采用金属粉体混匀、压块的工艺制备铜铬金属粉饼，无需经过烧结工艺，对设备能力要求低，设备成本低，且制得的铜铬金属粉饼的孔隙率较高，更有利于金属颗粒更快的扩散到铜水中;在保证制得的中间合金代替物-铜铬金属粉饼的效果的前提下，缩短了中间合金的制备流程。
附图说明
[0024]图1示出本发明实施例1制得的铬锆铜合金的金相图;
图2示出本发明对比例1制得的铬锆铜合金的金相图。
具体实施方式
[0025]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]实施例1
取200目铬粉与200目铜粉作为原料制备铜铬金属粉饼，按照重量百分比计，所述铬粉为20wt%，所述铜粉为80wt%;
所述铜铬金属粉饼的制备工艺为：
(1)将铬粉与铜粉按照重量百分比投入混合机中，粉末填装体积占总体积的50%，共填装25 L金属粉末，混合后物料松装密度2.8 g/cm3，重量为70 kg，每次称取50 kg混合粉投入混合机中进行混合，控制混合机的转速为15 rpm，每批物料的混合时间为15 min，得到混合粉体;
(2)采用型号为GRTPB30/300/110的压块机进行混合粉体的压块，将混合后的金属粉体倒入料斗进行自动压块，料斗连接模具，自动启停，控制料斗启停时间以把控每次加入模具的金属粉量，压缸为双洞双出模式，实现自动压制和将压块推出模具，每分钟3~4次压制，金属粉填满模具，压缸直径350 mm，压强设置250 bar，柱塞个数为2，双洞双出模式，模具外径为110 mm，混合粉体的初始高度为150 mm，压制后外径不变，高度为55 mm，密度变化由2.8 g/cm3压实至7.8 g/cm3。
[0027]所述铬锆铜合金的熔炼方法，包括以下步骤：
S1、将压制好的铜铬金属粉饼代替金属铬作为铬锆铜合金的原材料加入到真空感应熔炼炉的加料仓中，在真空感应熔炼炉熔化，熔炼温度为1150℃;将铜铬金属粉饼、电解铜、锆铜中间合金原材料投入熔炼室，熔炼室封闭后抽真空，真空度达到-0.1MPa，一直维持到铸锭完成，同时送电升温;其中，电解铜称重后直接加入熔炼室内的坩埚内，采用感应加热加热坩埚后，依次在锭模上叠放保温帽、漏斗，将锆铜中间合金和铜铬金属粉饼放入熔炼室内且位于坩埚上方的加料仓中;待铜水熔清后，用测温杆测温，当铜水温度达到1150℃时，无需破真空，打开加料仓底部加料口，将铜铬金属粉饼与锆铜中间合金投入至铜水中，并升温至1270℃，恒温10min;静置，待铜水温度降至1200℃，得到合金熔液;
S2、铜水熔清前30min，开始操作锭模组装，铜水熔清前完成锭模组装，并将组装完成的锭模吊入浇铸室，封闭后对浇铸室进行抽真空，将合金熔液浇注进锭模，关闭加热，真空下锭模炉冷后破真空，吊出锭模，得到铬锆铜合金铸锭。
[0028]对比例1
取200目铬粉与200目铜粉作为原料制备铜铬中间合金，按照重量百分比计，所述铬粉为20wt%，所述铜粉为80wt%;
通过热压烧结法制备铜铬中间合金，热压烧结法的制备工艺为：
(1)采用与实施例1相同的工艺步骤进行铬粉与铜粉的混合，得到混合粉体;
(2)将混合粉体装入热压烧结炉模具中，打开液压泵，采用15 MPa压力对混合粉体进行预压，对热压烧结炉抽高真空并运行加热程序，升温至900℃(低于Cu熔点以下)后，打开液压泵，调至30 MPa，进行保温保压6.5小时;
烧结结束后卸压，在冷却过程中抽低真空，当温度降至150 ℃左右时再关闭上、下蝶阀与机械泵，以防止炉内加热体及烧结试样氧化，最后烧结试样在真空状态下随炉冷却至室温，得到铜铬中间合金。
[0029]将铜铬中间合金作为铬锆铜合金的原材料按需求加入到真空感应熔炼炉的加料仓中，在真空感应熔炼炉内熔化，具体工艺与实施例1相同。
[0030]将实施例1与对比例1制得的铬锆铜合金铸锭分别依次经热锻-固溶-冷轧-时效-机加工做成铬锆铜产品后进行金相分析。
[0031]实施例1制得的铬锆铜产品的金相图如图1所示，对比例1制得的铬锆铜产品的金相图如图2所示，根据图1和图2对比得出，使用热压烧结法制备的铬锆铜合金和本发明制备的铬铜粉饼作为中间合金熔炼出的产品，晶粒尺寸相似，合金相相同，效果相同。
[0032]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(2)
声明：
“铜铬金属粉饼及制备方法、铬锆铜合金及熔炼方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：烟台万隆真空冶金股份有限公司
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