專利名稱：銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬材料及加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝 備及其工藝方法。
技術(shù)背景在銅合金中添加鋯和其它元素的含鋯銅產(chǎn)品，由于兼有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗高溫軟化 等綜合性能，在電子材料、電焊電極材料、結(jié)晶器材料等領(lǐng)域需求快速增長(zhǎng)。尤其Cu-Cr-Zr 系合金材料還是最具魅力的高強(qiáng)高導(dǎo)型合金，是世界工業(yè)國為滿足大規(guī)模集成電路的發(fā)展而 競(jìng)相研究和開發(fā)的重點(diǎn)。該類合金生產(chǎn)突出的技術(shù)難點(diǎn)是解決鋯元素的非真空加入問題，否 則無法實(shí)行工程化生產(chǎn)，更無法工業(yè)化大批量應(yīng)用。由于Zr元素活潑性太強(qiáng)，在大氣條件下極易氧化燒損，含鋯銅合金材料一般均采用真 空感應(yīng)電爐熔煉，鑄鐵模澆注的生產(chǎn)方式。這種方法成本高、設(shè)備投資大，生產(chǎn)能力低下。 由于含鋯銅合金材料熔鑄生產(chǎn)技術(shù)上一直未能突破真空爐的生產(chǎn)方法，只能小批量生產(chǎn)，很 難形成工程化生產(chǎn)能力。如Cu-Cr-Zr系合金材料國內(nèi)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是真空熔煉——熱軋開坯——冷加工一 一熱處理。這種方法成本高、工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備投資大。由于技術(shù)上一直未能突破傳統(tǒng)的真 空鑄坯生產(chǎn)方法，只能小批量試制生產(chǎn)，很難形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)使用的 Cu-Cr-Zr系合金材料除軍工材外，民用幾乎全部進(jìn)口。國內(nèi)真空爐生產(chǎn)Cu-Cr-Zr系合金鑄坯的工藝流程為裝料——合爐抽真空^^化一 ^H煉——加Cr——爐內(nèi)沖氬氣——加Zr——澆鑄，澆鑄方式為爐子——漏斗一保溫 帽一鑄鐵模。與半連鑄方式相比較，該種生產(chǎn)方式主要存在以下問題(1) 環(huán)境污染嚴(yán)重。鑄鐵模須刷涂料并烘烤，鑄鐵模一般熏苯形成一層耐熱涂層隔絕 高溫銅液對(duì)鑄鐵模的侵蝕，苯易揮發(fā)，對(duì)人體有毒并對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。雖然目前也 開發(fā)出其他涂料，但由于操作上存在難以涂刷均勻、難以烘烤干燥、涂料難以存放等問題， 許多企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中主要采用的還是熏苯方式。(2) 成品率低下。鑄模澆鑄最后須進(jìn)行補(bǔ)縮，鑄模尺寸越大，保溫帽相應(yīng)尺寸也要增 大，保溫帽造成的幾何廢品多；鑄鐵模生產(chǎn)的鑄錠表面質(zhì)量普遍較差，許多企業(yè)有意設(shè)計(jì)鑄模尺寸大一些，采用鑄錠車皮的方式供應(yīng)合格鑄坯，同樣造成幾何廢品；鑄坯表面容易產(chǎn)生 空洞、夾雜等缺陷，造成整根鑄錠報(bào)廢。(3) 生產(chǎn)效率低下。真空爐一般容量較小，熔化一爐料澆鑄一爐，不能以熔煉爐與保 溫爐結(jié)合的方式提高產(chǎn)能，而且為保護(hù)坩堝并保證鑄模內(nèi)熔體完全凝固，澆鑄后一般要停滯40分鐘以上才能打開爐蓋，進(jìn)行下一爐的準(zhǔn)備工作。(4) 生產(chǎn)操作繁瑣。鑄模每使用一次均須刷涂料，并進(jìn)行有效烘烤，還要烘烤保溫帽、 模墊等工模具，每鑄造一次均須在爐內(nèi)再次準(zhǔn)確定位擺放提前烘烤好的系列配套工模具，生 產(chǎn)操作程序繁多。國外Cu-Cr-Zr系合金材料生產(chǎn)，采用非真空生產(chǎn)新技術(shù)己開始進(jìn)行嘗試，但由于國外 技術(shù)封鎖以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等因素，對(duì)國外Cu-Cr-Zr系合金材料非真空生產(chǎn)技術(shù)知之甚少， 也未査到相關(guān)內(nèi)容的報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其裝備包括感應(yīng) 熔煉爐l，密封工裝2、澆注管3、保護(hù)罩4、結(jié)晶器5，具體是在感應(yīng)熔煉爐的上部一側(cè)通 過螺栓或焊接固定密封工裝2，密封工裝2另一端底部固定設(shè)有澆注管3，澆注管3 —端通 過保護(hù)罩4插入結(jié)晶器5。本發(fā)明所稱的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，是在非真條件下向熔煉爐 內(nèi)的金屬液體添加金屬鋯從而鑄造生產(chǎn)出坯料，具體是在銅合金熔鑄過程中，利用非真空加鋯技術(shù)工藝，獲得含有鋯的各種銅合金鑄錠坯料，再經(jīng) 后續(xù)變形加工獲得各種銅加工產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果在于1、與現(xiàn)有的真空熔煉、熱軋開坯、冷加工、熱處理工藝相相 比，由于現(xiàn)有技術(shù)上一直未能突破傳統(tǒng)的真空鑄坯生產(chǎn)方法，只能小批量試制生產(chǎn)，很難形 成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。本發(fā)明非真空加鋯工藝，成本低、工藝流程短，不需后續(xù)熱處理、設(shè)備 投資少、不污染環(huán)境、效率高、成本低、易操作。2、本發(fā)明可以取代現(xiàn)有銅加工中的銅合 金真空鋯裝備及工藝方法，以非真空加鋯裝置及工藝方法為基礎(chǔ)，在合金熔鑄過程中還可添 加其它合金元素，再經(jīng)后續(xù)變形加工，開發(fā)制作出更多的銅合金產(chǎn)品。成品率與生產(chǎn)效率大 大提高；不用再刷涂料烘烤鑄模，減少環(huán)境污染；不用抽真空，不用烘烤配套輔助工模具，動(dòng)能消耗減小；省掉漏斗、保溫帽、石墨模墊等工模具，而且半連鑄水冷結(jié)晶器壽命一般是 鑄鐵模的30倍以上，工模具消耗費(fèi)用大大降低；設(shè)備投資小；含鋯銅合金產(chǎn)能大幅提高， 規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益顯著。 說明書附圖
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說明； 圖l是本發(fā)明裝備示意圖；圖中，l感應(yīng)熔煉爐、2密封工裝、3澆注管、4保護(hù)罩、5結(jié)晶器。 實(shí)施例1:制作合金牌號(hào)QCrO.6-0.4-0.05規(guī)格210X620mm的坯料工藝 采用按重量比進(jìn)行配料，先后投入感應(yīng)熔煉爐r進(jìn)行熔煉，爐內(nèi)采用復(fù)合熔劑覆蓋，熔煉 溫度為1200 1400'C進(jìn)行溶化后；再經(jīng)1150'C 1350。C精煉后采用10 60min進(jìn)行保溫后； 打開密封爐蓋加入Cu—Cr中間合金并蓋好爐蓋進(jìn)行溶化；爐內(nèi)充入高純保護(hù)性氣體迸行保 護(hù)后再打開密封爐蓋采用以Cu-Zr中間合金的方式加入，蓋好爐蓋進(jìn)行溶化后，進(jìn)行鑄造， 鑄造過程中，熔體由熔煉爐通過采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)的密封工裝2，從澆注管3經(jīng)通有保 護(hù)氣體的保護(hù)罩4注入結(jié)晶器5，結(jié)晶器上放置保護(hù)罩并用復(fù)合熔劑做結(jié)晶器內(nèi)的潤滑劑， 鑄造前先通入高純氬氣2 15min,以驅(qū)趕密封工裝及澆注管和保護(hù)罩內(nèi)的空氣，并在鑄造過 程中始終采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，熔鑄成錠坯或扁錠或坯料。 實(shí)施例2:制作合金牌號(hào)QCrO.6-0.4-0.05規(guī)格210X620mm的工藝 采用按重量比進(jìn)行配料，先后投入感應(yīng)熔煉爐1進(jìn)行熔煉，爐內(nèi)釆用復(fù)合熔劑覆蓋，熔煉溫度為1200 1400t:進(jìn)行溶化后；再經(jīng)1150'C 1350'C精煉后采用10 60min進(jìn)行保溫后； 打開密封爐蓋再加入純金屬Cr并蓋好爐蓋進(jìn)行溶化；爐內(nèi)充入高純氬氣再打開爐蓋采用 以純金屬Zr的方式加入，蓋好爐蓋進(jìn)行溶化后；進(jìn)行鑄造，鑄造過程中，熔體由熔煉爐1 通過采用高純氬氣進(jìn)行保護(hù)的密封工裝2,從澆注管3經(jīng)通有保護(hù)氣體的保護(hù)罩4流入結(jié)晶 器5，結(jié)晶器上部放置保護(hù)罩并用復(fù)合熔劑做結(jié)晶器內(nèi)的潤滑劑，鑄造前先通入高純氬氣2 15min，以驅(qū)趕密封工裝及澆注管和保護(hù)罩內(nèi)的空氣，并在鑄造過程中始終采用保護(hù)氣體進(jìn) 行保護(hù)，熔鑄成錠坯或扁錠或坯料。實(shí)施例3:感應(yīng)熔煉爐上部一側(cè)通過螺栓固定密封裝置，密封裝置另一端底部固定設(shè)有澆注管，澆 注管下端通過保護(hù)罩插入結(jié)晶器。 實(shí)施例4:感應(yīng)熔煉爐上部一側(cè)通過焊接固定密封裝置，密封裝置另一端底部固定設(shè)有澆注管，澆 注管一端通過保護(hù)罩插入結(jié)晶器。
權(quán)利要求
1、銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，1感應(yīng)熔煉爐、2密封工裝、3澆注管、4保護(hù)罩、5結(jié)晶器構(gòu)成，其特征在于感應(yīng)熔煉爐(1)上部一側(cè)通過螺栓固定密封工裝(2)，密封工裝(2)另一端底部固定設(shè)有澆注管(3)，澆注管(3)下端通過保護(hù)罩(4)插入結(jié)晶器(5)；工藝流程裝料、密封、熔煉、精煉及保溫、爐內(nèi)充保護(hù)性氣體、加Zr、鑄造；澆鑄方式采用爐子、澆注管、結(jié)晶器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于熔煉；采用感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1200'C 1400'C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 熔煉;采用感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1200'C 1400'C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 再經(jīng)U50'C 1350。C精煉后保溫10 60min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 加入純金屬中間合金鋯。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 加入Cu—Zr中間合金鋯。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 鑄造前先通入保護(hù)氣體2 15min，以驅(qū)趕密封工裝及保護(hù)罩內(nèi)的空氣，并在鑄造過程中采用 保護(hù)性氣體進(jìn)行保護(hù)，鑄造成坯料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 感應(yīng)熔煉爐(1)上部一側(cè)通過螺栓固定密封工裝(2)，密封裝置(2)另一端底部固定設(shè)有 澆注管(3),澆注管(3) —端通過保護(hù)罩(4)插入結(jié)晶器(5)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法，其特征在于 感應(yīng)熔煉爐(1)上部一側(cè)通過焊接固定密封工裝(2)，密封裝置(2)另一端底部固定設(shè)有 澆注管(3)，澆注管(3) —端通過保護(hù)罩(4)插入結(jié)晶器(5)。
全文摘要
銅合金非真空加鋯工程化技術(shù)裝備及工藝方法1.感應(yīng)熔煉爐、2.密封工裝、3.澆注管、4.保護(hù)罩、5.結(jié)晶器構(gòu)成，感應(yīng)熔煉爐(1)上部一側(cè)通過螺栓固定密封工裝(2)，密封工裝(2)另一端底部固定設(shè)有澆注管(3)，澆注管(3)下端通過保護(hù)罩(4)插入結(jié)晶器(5)；工藝流程裝料、密封、熔化、精煉、爐內(nèi)沖氬氣、加Zr、鑄造、檢測(cè)；澆鑄方式采用爐子、澆注管、結(jié)晶器。
文檔編號(hào)B22D21/00GK101254530SQ20081004952
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者婁花芬, 康敬樂, 張書遠(yuǎn), 張偉華, 符學(xué)治, 胡萍霞, 蔣小亮, 詹朝鐸, 謝致遙, 敏 閆, 黃亞飛 申請(qǐng)人:中鋁洛陽銅業(yè)有限公司