Cu-Cr合金机械合金化及微波烧结制备的机理研究

发布时间：2020-04-29 10:43

【摘要】：Cu-Cr合金因良好的结合了Cu的高导电性和Cr的高强度,在工业上具有广泛的应用,尤其是高Cr含量的Cu-Cr合金是中压真空断路器中使用最多的触头材料。但是由于Cu-Cr合金系具有很大的正混合热,即使是在液相时也难以互溶,Cu与Cr的不溶性使其凝固时,Cr相容易产生微观偏析和严重的宏观偏析。针对上述问题,本论文采用机械合金化和微波烧结相结合的方法对Cu-Cr合金的制备和材料的制备机理进行研究。通过机械合金化Cu-Cr合金的研究表明:(1)Cu-Cr混合粉末随球磨时间的延长,机械合金化程度提高;(2)Cu-Cr合金粉末形貌呈层片状,随球磨时间的增加大尺寸层片状颗粒减少,小尺寸层片状颗粒增多,这主要由于Cu颗粒小,延展性好,Cr颗粒大,延展性差,在球磨过程中Cu颗粒首先发生团聚现象所致。通过冷压Cu-Cr合金粉末的研究表明:随着Cu_(60)Cr_(40)合金粉末随着冷压强度从300MP增加到500MPa,合金组织细化,冷压坯体的密实程度逐渐增加,烧结过程中原子所需的扩散激活能降低,说明增大冷压强度有利于增加烧结样品的致密度,也会使合金的显微组织得到细化。通过微波烧结Cu-Cr合金的研究表明:(1)对不同成分的Cu-Cr合金进行微波烧结,随着Cr含量的增加,合金的显微组织先变细,后又逐渐变粗;(2)随着烧结温度和压力的增加,Cu_(60)Cr_(40)合金的显微组织逐渐均匀,由层片状逐渐转变为支晶状,致密度逐渐提高,在温度为960~980℃时,获得最佳的显微组织及致密度,其致密度达到了98.8%。这是由于Cu-Cr合金吸收的微波可以转化为Cu-Cr合金内部分子的动能和热能,使合金材料能够均匀的加热,这减少了高温烧结过程中的温度梯度,有效促进了合金的致密化和合金化。通过对Cu_(60)Cr_(40)合金机械合金化、冷压和微波烧结研究表明,最佳工艺条件为球磨时间48h,冷压强度500Mpa,烧结温度960~980℃。
【图文】：

二元合金相图,二元合金相图

图 1-1 Cu-Cr 二元合金相图凝固的角度来分析，当铬含量为 1.5%~40%时，合金由高温单区时，由于固态的 Cr 粒子密度较小同时加上重力的作用，C过饱和的铬从液相中析出，从而导致了铜铬两相的分离。之间时，分离的 Cr 相在重力的作用下上浮实现 Cu、Cr 分离液相分离，使得合金化过程失败。由此可见常规铸造法制备。Cu、Cr 的特征常数见表 1-1。表 1-1 Cu、Cr 组元特征系数体结构点阵常数（10-10m）熔点（℃）熔点时蒸汽压（Pa）沸点（℃）热导率（W/(m·k)）密（g/心立方 3.615 1083 0.05 2595 394 8心立方 2.884 1875 1030 2220 67 7统的 Cu-Cr 合金制备工艺

示意图,示意图,快速冷却,铜结晶器

[27]，使得Cu-Cr触头材料的生产效率和内在质量进一步提高，主要工艺流程如图1-2所示：将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合均匀，在2×108Pa压力下压制成坯，随后在950℃真空环境中进行烧结，进而制成自耗电极棒坯，，在惰性气体的保护气氛中，铜铬电极在直流电弧的高温作用下发生熔化，随后在水冷铜模中，已经成为熔融状态的液态金属发生凝固形成铸锭。这种工艺获得的合金组织性能比较均匀，因为熔炼时水冷铜结晶器快速冷却，在较大程度上抑制了 Cu-Cr 合金凝固过程中 Cr 的分离和析出，同时快速冷却对于晶粒细小的第二相铬粒子的产生及均匀分会布产生有利的影响
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF125.211;TM561.2

【参考文献】