[发明专利]一种大吨位铬锆铜合金的制造方法

说明书

一种大吨位铬锆铜合金的制造方法，在铜基体中含有0.01‑0.6wt％的锆、含有0.2‑3wt％的铬，合金在真空或保护气氛中熔炼；熔炼室分为上下二个区域，上部为大容量的低温区、采用电阻加热模式，加热温度范围为0‑1400℃，能够实现5000kg以上纯铜或含锆铜合金的熔化、熔炼；下部是小容量的高温区，采用中频感应加热模式，可以在0‑2200℃温度区间范围内快速加热，实现25‑300kg纯铬或含铬铜合金的熔炼、熔化，熔化的铬组元溶解于铜液并逆重力方向上浮进入上部低温铜合金熔液；上下二个区域的高低温熔液被固定于低温区下方的多孔泡沫铬材料隔离，其功能是避免下部熔区中的未完全熔化或未完全溶解于铜液中的大尺寸铬颗粒上浮进入炉体低温区中，同时保持上下二个温区铜合金熔液的自由流动；全部材料熔化完成后将坩埚内材料倾倒浇铸成铸锭、或者采用上引、下引、侧引铸锭的方式凝固成所需形状的铸件。

技术领域

本发明属于高强高导铜合金制造技术领域，特别涉及一种5吨以上的大吨位铬锆铜合金的制造方法。

背景技术

铜是人类消耗量排在第三位的常用金属，具有良好的导电、导热性能、耐腐蚀性和优越的冷变形能力，是电力、电器、电子、通讯、交通、航空航天和机械制造业不可或缺的关键材料。

随着工业技术的发展，铜材的一些性能已经不满足社会需求。其中，铜材的强度不足是其主要缺点，一般情况下，纯铜的冷态强度低于300MPa，冷加工变形后强度稍高于400MPa。但铜材冷变形后塑性下降严重，而且使用温度略高强度就会下降到变形前的水平。

铬锆铜是一类最为重要的高强高导铜合金材料，是在纯铜中添加0.5-3wt％的铬、0.05-0.3wt％的锆。这一材料继承了纯铜的优越导电、导热性能，同时强度能够提高到500-600MPa、导电率在80％IACS以上，成为电阻焊电极、连铸结晶器、集成电路引线框架、电触点材料、气割机喷嘴、电气化铁路接触线、牵引电机导条、滑环、护环、高压开关导电杆、触指、大型微波管结构和导电材料、切换开关、代银触头、灯丝引线、大型高速涡轮发电机的转子导线、电动机电刷、以及旋转源中子耙、核聚变系统中燃烧室喷嘴、衬套、火箭或喷气式飞机机翼或叶片前缘、微波管、电真空器件、大功率电子管支架等自冷导热材料等工业领域的关键材料。

由于锆元素易氧化、铬极难熔化和溶解于铜液中，使得铬锆铜合金一般需要在真空或惰性气氛下熔炼。然而，由于受制于电源功率和感应圈绝缘问题的限制，人们难以制造大功率、大容量真空熔炼炉或惰性气氛熔炼炉，使得至今国内外一般只能制造重量500kg以下的铬锆铜材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大吨位铬锆铜合金的制造方法，采用炉内垂直分区熔炼，将含铬组元的熔炼合金置于真空或气氛炉的下部，用水冷感应圈感应加热获得的高温使其熔化和溶解于铜液中，此一区域的熔炼容量为25-300kg，可实现的加热温度范围为0-2200℃；将含锆组元和铜组元的熔炼置于真空或气氛炉的上部，用电阻加热方式使锆和铜组元熔化,此一区域的熔炼容量为大于5000kg，加热温度区间为0-1400℃；二者用多孔泡沫铬材料隔离，多孔泡沫铬材料的内部孔径为0.1-5mm，使熔化和溶解后的富铬铜熔体因比重低于铜熔体而通过多孔泡沫铬材料上浮溶于上部铜熔体中，未熔化和未溶解于铜熔体中的铬颗粒被多孔泡沫铬材料隔离而保持于下部高温区中直至熔化和溶解完成。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：