[发明专利]一种制备小直径铜银合金的超声连铸设备

说明书

本发明公开了一种制备小直径铜银合金的超声连铸设备，属于金属材料加工技术领域。本发明的超声连铸设备包括真空罩、熔炼坩埚、加热炉、结晶器、引锭装置、超声振动装置和二次加料装置；所述的熔炼坩埚、加热炉、结晶器和二次加料装置置于真空罩内；所述的二次加料装置与熔炼坩埚相连接；所述的熔炼坩埚通过加热炉进行加热；所述的熔炼坩埚下端连接有导流管；所述的结晶器安装在导流管外侧；所述的引锭装置设置在结晶器的下端，连铸出连铸坯料；所述的超声振动装置安装在结晶器的出口处。本发明的连铸坯料经过拉拔测试，可以直接拉拔到直径小于0.05mm的微细丝不断裂，同时微细丝抗拉强度大于400MPa，完全达到了高强高导铜银合金微细丝的要求。

技术领域

本发明涉及一种制备小直径铜银合金的超声连铸设备，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

高强度、高导电性铜合金微细丝材广泛应用于在大规模集成电路、尖端数字通讯设备、继电器、微特电机、电子变压器、电磁阀、航空航天和国防装备等电子元器件中，此类材料要求直径小于0.05mm，同时要求抗拉强度大于400MPa以承受绕制线圈的拉力和强洛仑兹力，又必须兼有80％IACS以上的相对电导率，以避免产生高的焦耳热，目前常用材料为添加1～4％银的铜合金，常规纯铜材料无法满足这种特殊场合的要求。

我国已经成为继电器、微特电机和电子变压器等电子元器件的最大生产国和使用国，2017年铜合金微细丝材用量超过4万吨，产值超300亿元。但是由于在材料制备核心技术方面与发达国家的差距，我国仅能生产附加值较低的纯铜微细丝，对于高强度、高导电性铜合金微细丝，我国大量厂家只能高价进口直径1mm左右的母材，然后再拉拔成直径0.05mm以下的微细丝，由此造成国外母材供应商赚取了大量的垄断利润，而留给我国厂家的只剩微薄的加工费。

出现上述问题的根本原因在于，国产的高强度、高导电性铜合金微细丝母材不能达到最佳的成分及显微结构要求。主要原因有两个：

(1)银在铜中的富集析出，在高温液态情况下，铜和银可以无限混溶，但是在常温状态下，银在铜中的溶解度小于0.5％，因此多余的银在铜在约600℃(Tc点)以上时容易富集析出形成富集相，富集相为脆性相，在微丝拉拔时极易造成断丝现象；

(2)液态铜银中的气体和夹杂物较多，在微丝拉拔时容易造成断丝。

目前，我国高强度、高导电性铜合金微细丝制备工艺是先进行真空熔炼，在真空环境下除去铜和银中的气体和夹杂物，铸成直径约为100mm的铸锭；再均匀化退火，消除银的偏析并固溶处理；然后经过挤压机在600℃以上的温度，挤成直径40mm左右的棒坯；在经过热轧和冷轧工序轧制成直径5mm的盘圆，拉拔到直径约1mm制备成母材；最后拉拔成直径0.05mm以下的高强度、高导电性铜合金微细丝。上述工艺总体而言工序繁琐，所需设备复杂，耗能较高，而且很难完全去除合金的中氧化物和夹杂物，在微细丝材拉拔时极易发生断线。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种制备小直径铜银合金的超声连铸设备，首先在高纯石墨坩埚内将电解铜在真空条件下于1100～1200℃高温下熔化为液体，然后通过二次加料装置将银加入坩埚和铜一起熔化为铜银合金，液态合金熔炼均匀后，经过导流管在结晶器的冷却作用下凝固，通过引锭装置连铸出小直径连铸坯料，在结晶器出口的下端装有超声振动装置，用以对连铸坯料进行超声振动，超声振动的能量通过连铸坯向上传递，使铜银合金的熔体接受超声振动的能量，达到连铸时氧化物夹杂上浮、细化晶粒和避免银元素凝固时生成银富集脆性相的目的。

本发明的第一个目的是提供一种制备小直径铜银合金的超声连铸设备，包括真空罩、熔炼坩埚、加热炉、结晶器、引锭装置、超声振动装置和二次加料装置；所述的熔炼坩埚、加热炉、结晶器和二次加料装置置于真空罩内；所述的二次加料装置与熔炼坩埚相连接；所述的熔炼坩埚通过加热炉进行加热；所述的熔炼坩埚下端连接有导流管；所述的结晶器安装在导流管外侧；所述的引锭装置设置在结晶器的下端，连铸出连铸坯料；所述的超声振动装置安装在结晶器的出口处，用以对连铸坯料进行超声振动。