[发明专利]一种用于制备Cu-Al-Fe合金的熔炼装置及熔炼方法

说明书

本发明公开一种用于制备Cu‑Al‑Fe合金的熔炼装置，其包括第一坩埚，第一坩埚外部套设有感应加热设备，第一坩埚内腔中填充有Cu块、Al块，在第一坩埚的外部设置有铝热反应装置，其熔炼方法为：首先将根据铝热反应Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe+ΔQ配制的铝热剂放入一个带有锥形孔、自熔塞、镁丝引线的第二坩埚中，然后将Cu、Al熔炼成金属熔体，将该铝热反应装置放入第一坩埚的金属熔体中，金属熔体产生的高温引燃镁丝引线，镁丝引线燃烧产生的高温触发铝热反应，铝热反应产生的高温熔化自熔塞，高温Fe液进入金属熔体，搅拌即形成Cu‑Al‑Fe合金，本发明速度快、效率高、节约能源，缩短了Cu‑Al‑Fe合金的熔炼时间，降低了元素烧损量，减少了熔体表面熔剂分解造成的空气污染，提高了Cu‑Al‑Fe合金成分准确性。

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，具体的说是一种用于制备Cu-Al-Fe合金的熔炼装置及熔炼方法。

背景技术

Cu-Al-Fe合金具有优良的综合机械性能、物化性能等，被广泛应用于航空航天、交通运输、机械制造等领域，例如：Cu-Al-Fe合金强度高，耐磨损性能好，广泛用于制造齿轮坯料、螺母螺纹等零件；Cu-Al-Fe合金具有优良的弹性性能，高的蠕变极限，常用来制造各种弹性元件；Cu-Al-Fe合金具有优良的耐腐蚀性能，常用于制造螺旋桨、叶轮等耐蚀零件；Cu-Al-Fe合金在冲击作用下不产生火花，被广泛用于制造无火花工具材料；Cu-Al-Fe合金具有优良的导热系数和稳定的刚度，已成为一种新的模具材料类型；Cu-Al-Fe合金性价比高，可以作为一些昂贵金属材料如锡青铜、镍基合金的替代材料；

目前Cu-Al-Fe合金的熔炼主要采用熔配法，即将Cu、Al、Fe金属块一起放入加热炉中，低熔点的Al块（熔点660℃）首先熔化，不断熔蚀高熔点的Cu块（熔点1083℃）和Fe块（熔点1538℃），然后随着加热过程的进行，Cu块逐渐熔于Al熔体中形成Cu-Al熔体，最后随着温度的逐渐升高，Fe块逐渐熔于Cu-Al熔体，经搅拌形成成分均匀的Cu-Al-Fe合金。由于Fe熔点较高，且密度较大，沉于Cu-Al熔体底部，熔入Cu-Al熔体过程较慢，熔体表面需采用大量熔剂覆盖，熔剂大量分解产生气体，污染空气，且熔体需不断搅拌，才能保证Cu-Al-Fe合金成分的均匀性，且Cu-Al-Fe合金传统熔炼方法存在空气污染严重、劳动强度大、加热时间长、能耗高、效率低、合金元素烧损严重的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于制备Cu-Al-Fe合金的熔炼装置及熔炼方法，速度快、效率高、节约能源，降低了元素烧损量，减少了熔体表面熔剂分解造成的空气污染，提高了Cu-Al-Fe合金成分准确性。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种用于制备Cu-Al-Fe合金的熔炼装置，所述熔炼装置包括第一坩埚，所述第一坩埚外部套设有感应加热设备，所述第一坩埚内腔中用于填充Cu块、Al块，在第一坩埚的外部设置有铝热反应装置，所述铝热反应装置包括第二坩埚，所述第二坩埚的底部端面设置有锥形孔，所述锥形孔内套设有自熔塞，在第二坩埚的内腔中填充有铝热剂，所述铝热剂中埋有镁丝引线，所述镁丝引线的另一端设置在第二坩埚的外部，且镁丝引线位于第二坩埚外部的一端靠近于耐高温石墨坩埚的底部。

进一步的，所述第二坩埚的外径小于第一坩埚的内径。

进一步的，所述第二坩埚为耐高温石墨坩埚。

进一步的，所述自熔塞的外径与锥形孔的内径一致。

Cu-Al-Fe合金的熔炼方法，包括以下步骤：

步骤一、在第二坩埚的底部钻一个锥形孔，并用自熔塞堵住该锥形孔；

步骤二、将配置的铝热剂放入第二坩埚内，并将镁丝引线的一端插入铝热剂中，另一端放在第二坩埚的外部，且靠近于第二坩埚的底部，备用；

步骤三、启动感应加热设备，将第一坩埚中的Cu块、Al块熔炼成金属熔体；