專利名稱：非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬加工制造技術領域，具體涉及非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。
背景技術：
銅-鉻-鋯合金的化學成分為:0.5% 1.2%的鉻，0.05% 0.25%的鋯，余量為銅。銅-鉻-鋯合金具有高的強度和良好的導電、導熱性能。自美國發明它以來，被廣泛用于高強、高導領域，它是目前研制出的唯一能夠滿足超大規模集成電路性能要求的高強、高導引線框架材料。銅-鉻-鋯合金的抗拉強度:Rm彡600Mpa，導電率:λ ^ 80% I ACS，它還有高達500°C以上的再結晶溫度。銅-鉻-鋯合金的工業化生產的首要問題是熔煉和鑄造，由于鉻和鋯與氧的親和力很強，因此在熔煉和鑄造時必須解決合金元素的氧化損失問題。目前國內外均采用真空熔煉和鑄造的方法。銅-鉻-鋯合金采 用真空熔煉和鑄造的方法，其優點是:①防止了鉻和鋯的氧化損失，金屬鉻和金屬鋯的收得率高；②合金的含氣量低，致密性好；③周圍環境影響小。但是該方法也有很多缺點:①生產能力小，難以形成規?；a；②生產成本高；③生產效率低，大規格的材料難生產；④真空時鉻易揮發，清理爐子時對人身體健康有一定的影響市場的競爭能力差。因此，能夠實現大規模生產的非真空熔煉和澆鑄的方法，成了各生產企業迫切解決的難題。雖然該合金目前大多以真空熔煉和鑄造的方法生產，但還是有企業對非真空熔煉和澆鑄進行了研究，如中國發明專利ZL200610085210.0(申請日2006年6月2日，授權公告號CN100425715C)描述了非真空熔煉和澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法。該方法是在保護氣體的保護下，將銅和銅-鉻中間合金以及金屬鋯加入到感應電爐中進行熔煉，熔煉完成后從感應電爐的底部開一個口，成為下澆口，下澆口與結晶器相連接，同時也有保護氣體裝置提供氣體保護，整個過程都在保護氣體下進行，從而降低氧化燒損率。該方法雖然可以減少氧化燒損，但是需要一套保護氣體裝置，自制或購買保護氣體均會增加生產成本；采用中間合金的方式加金屬鉻，需要首先制備銅-鉻中間合金，同樣會增加生產成本；另外；澆口開在感應電爐的底部，一是安全問題無法保證，二是作為實驗裝置進行少量試驗是可以的，但要進行大規模工業化生產是無法滿足要求的。

發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種操作簡單、成本低、金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少并能夠進行大規模工業化生產的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。為達到以上目的，本發明采用的技術方案是:非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)熔煉前先烘熔煉爐，然后將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內，快速升溫至1150 1250°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C ；(2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3 5_的顆粒，用耐火容器盛放并密封，然后將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，之后取出耐火容器備用，維持爐膛溫度在1300 1400。。之間；(3)用銅箔包裹金屬鋯，用耐火棒將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，然后取出耐火棒，維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣；(4)調節熔煉爐功率，使爐膛內溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉入澆包中，之后進行澆鑄。進一步，步驟(I)中，所述含銅原料包括電解銅和熔煉返料；所述覆蓋劑為重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆蓋劑的加入量為含銅原料總重量的I 2%。進一步，步驟(2)中，所述耐火容器耐溫1350 1600°C ;盛放金屬鉻顆粒后，所述耐火容器的開口處以銅箔密封，銅箔厚度為I 1.5mm。再進一步，所述耐火容器壓入銅水中的深度為10 15cm。進一步，步驟(3)中，所述耐火棒為石墨棒；包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為 15 20cm。進一步，所述澆包的底部設有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內設有塞棒。本發明的有益效果在于:第一，本發明在非真空條件下直接將金屬鉻和金屬鋯加入銅水中，金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少，鉻的氧化損失率為5 10%，鋯的氧化損失率10 15%。第二，本發明不使用昂貴的真空設備和保護氣體裝置，生產成本降低50%左右。第三，本發明向銅水中加金屬鉻和金屬鋯時，金屬鉻和金屬鋯均以單體形式加入，而不是采用中間合金的形式，免去了制造中間合金的成本或中間合金購置成本，進一步降低生產成本。第四，本發明提供的方法，操作簡單，適于大規模工業化生產。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述。本文中Wt %均表示重量百分比。下述實施例采用IOOkw的中頻感應電爐為熔煉爐。含銅原料使用電解銅及銅-鉻-鋯合金熔煉過程中的返料，覆蓋劑使用重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物。原料中，電解銅中Cu含量≥99.95wt%，金屬鉻中Cr含量≥98.5wt% ;金屬鋯中Zr含量^ 98wt% ο以下以具體實施例詳細說明本發明的提供的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。(I)熔煉前先烘熔煉爐，然后將150kg電解銅、130kg返料和2.9kg覆蓋劑(碎玻璃和硼砂的重量比為1:1)裝入熔煉爐的爐膛內，快速升溫至1150 1200°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C左右；(2)根據鑄錠的使用功能，取所需重量的金屬鉻，將其粉碎成粒徑為3 5mm的顆粒，裝入耐火鐘罩中，裝滿后，將耐火鐘罩的底部以厚度為Imm的銅箔焊封，然后將裝有金屬鉻顆粒的耐火鐘罩自熔煉爐的上部開口壓入銅水中(金屬鉻可分多次加入)，耐火鐘罩壓入銅水中的深度為10 15cm ; 15 20分鐘，金屬鉻顆粒會全部進入鋼水中，取出耐火鐘罩，期間維持爐膛溫度在1300 1400°C之間；(3)根據鑄錠的使用功能，取所需重量的金屬鋯，用銅箔包裹金屬鋯，用石墨棒將包有金屬鋯的銅箔自熔煉爐的上部開口壓入銅水中(金屬鋯可分多次加入)，包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為15 20cm ；5分鐘后取出石墨棒，期間維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣；(4)調節熔煉爐功率，使爐膛內溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉入澆包中，之后將澆包中的熔體注入鑄模中進行鑄造。本實施例中，所使用的澆包的底部設有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內設有塞棒。澆鑄時，將塞棒卸下，使熔體經漏斗裝置流入鑄模中，這樣大大減少銅水與空氣的接觸時間，達到減少氧化損失的目的，并且采用漏斗裝置，易于控制澆鑄速度。鑄造在鐵模中進行，鑄模溫度為100 130°C，鑄模涂料為骨灰水漿，鑄造溫度(即澆包內熔體溫度)為1290 1310°C，每根鑄錠(鑄錠規格Φ 120 X 800mm) 30秒左右完成。由此得到的鑄錠成分為:Cr:0.9 1.0%，Zr:0.09 0.12%，Cu:98.5 99%。經過檢測，熔煉過程各金屬熔損率為:Cr:8%, Zr:10%, Cu:3%0為了達到所需要的使用性能，后續需要對鑄錠進行包括加熱、熱軋、拉伸、固溶處理、時效處理等。其中，進行加熱時，加熱溫度880°C，保溫時間I小時；進行熱軋時，開軋溫度760°C，終軋溫度650 550°C ;進行固溶處理時，加熱溫度940°C，保溫時間I小時，然后快速放入水中淬水，即固溶；進行時效處理時，時效溫度450°C，保溫時間3小時，從而使過飽和固溶體重新分解程，使材料達到所要求的性能。對采用本發明的方法制造的銅-鉻-鋯合金材料進行了性能測定，其結果如下:抗拉強度Rm彡600Mpa，延 伸率A彡10%，硬度HRB彡75，導電率λ彡80% IACS。上述實施例只是對本發明的舉例說明，本發明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實施，而不偏離本發明的要旨或本質特征。因此，描述的實施方式從任何方面來看均應視為說明性而非限定性的。本發明的范圍應由附加的權利要求說明，任何與權利要求的意圖和范圍等效的變化也應包含在本發明的范圍內。
權利要求
1.非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)熔煉前先烘熔煉爐，然后將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內，快速升溫至1150 1250°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C ； (2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3 5mm的顆粒，用耐火容器盛放并密封，然后將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，之后取出耐火容器備用，維持爐膛溫度在1300 1400。。之間； (3)用銅箔包裹金屬鋯，用耐火棒將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，然后取出耐火棒，維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣； (4)調節熔煉爐功率，使爐膛內溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉入澆包中，之后進行燒鑄。
2.根據權利要求1所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述含銅原料包括電解銅和熔煉返料；所述覆蓋劑為重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆蓋劑的加入量為含銅原料總重量的I 2%。
3.根據權利要求1或2所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述耐火容器耐溫1350 1600°C ;盛放金屬鉻顆粒后，所述耐火容器的開口處以銅箔密封，銅箔厚度為I 1.5_。
4.根據權利要求3所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，所述耐火容器壓入銅水中的深度為10 15cm。
5.根據權利要求1或2所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述耐火棒 為石墨棒；包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為15 20cm。
6.根據權利要求1所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，所述澆包的底部設有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內設有塞棒。
全文摘要
本發明涉及一種非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，包括(1)烘爐，將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內，使含銅原料熔化為銅水；(2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3～5mm的顆粒，用耐火容器盛放并密封，將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，維持爐膛溫度1300～1400℃；(3)用銅箔包裹金屬鋯，將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，維持爐膛溫度1250～1350℃，保溫5～10分鐘后停爐，扒渣；(4)調節爐膛內溫度為1200～1300℃，然后將熔煉爐中的熔體轉入澆包中，之后進行澆鑄。本發明提供的方法，操作簡單，成本低，金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少并能夠進行大規模工業化生產。
文檔編號C22C9/00GK103184357SQ20111045017
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者王新 申請人:北京新北銅鋁業有限責任公司