[发明专利]一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金线材制备技术领域，具体涉及一种弥散型Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材及其制备方法。

背景技术

Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材在焊接、催化和机械等领域有着广泛的应用前景。因此开发一种弥散型铜铋锡合金复合线材及其制备技术是十分必要的，具有重大的市场价值。但该类合金熔体冷却时存在着液-液相变过程，在重力场内凝固时极易形成比重偏析严重的组织，其制备与应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材及其制备方法，提出通过适当地选取合金成分和结晶器内衬材料，在脉冲电流作用下进行连续凝固，使合金液-液相变过程中弥散相液滴的形核率增加，减弱并消除凝固过程中的相偏析现象，获得弥散相均匀分布于基体的铜铋锡难混溶合金复合线材。

本发明的技术方案是：

一种弥散型铜铋锡难混溶合金复合线材的制备方法，该方法是以Cu-Bi-Sn难混溶合金为原料，采用脉冲电流作用下的连续凝固技术制备出弥散相均匀分布于基体中的铜铋锡难混溶合金复合线材；其中：凝固速度为8-20mm/s。

所述采用脉冲电流作用下的连续凝固技术是指：制备过程中对合金熔体施加沿结晶器轴向方向的脉冲电流，同时所采用连续凝固装置其结晶器的内衬材料为刚玉，结晶器内径5-15mm。所述脉冲电流的峰值电流密度为（1～3）×10⁴A/cm²，脉冲宽度为4～6μs，脉冲频率为20～50Hz。

所述Cu-Bi-Sn合金原料的化学成分中：Cu(10-15)wt%，Sn10wt%，Bi为余量。

本发明所述的弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材的制备方法具体包括以下步骤：

1）将所述Cu-Bi-Sn难混溶合金原料加热熔化，形成均匀的合金熔体；

2）在脉冲电流作用下对合金熔体进行连续凝固，获得弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材。

采用上述方法所获得的弥散型Cu-Bi-Sn合金复合线材中，富（Cu，Sn）相粒子弥散分布于富Bi合金基体中。

本发明的原理如下：

脉冲电流作用下凝固时，Cu-Bi-Sn难混溶合金液-液相变过程中富（Cu，Sn）相液滴形核率增加、平均半径减小，液滴沿结晶器轴向的Stokes运动速度和Marangoni运动速度均减小，促使弥散型Cu-Bi-Sn难混溶合金复合线材的获得。

附图说明

图1为带有脉冲电流发生器的连续凝固装置。

图中：1-导线；2-石墨电极；3-坩埚；4-加热电阻丝；5-合金熔体；6-脉冲发生装置；7-结晶器；8-水冷器；9-合金棒；10-导电滑片；11-提拉棒。

图2为未施加脉冲电流时15wt%Cu-75wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织。

图3为施加脉冲电流时15wt%Cu-75wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：30000A/cm²，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。

图4为未施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以8mm/s速度连续凝固后的组织。

图5为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以8mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：20000A/cm²，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。

图6为未施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织。

图7为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后的组织（峰值电流密度为：10000A/cm²，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。

图8为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织（峰值电流密度为：30000A/cm²，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为4μs）。

图9为施加脉冲电流时10wt%Cu-80wt%Bi-10wt%Sn合金以10mm/s速度连续凝固后试样的组织（峰值电流密度为：30000A/cm²，脉冲频率为50Hz，脉冲宽度为6μs）。