[发明专利]一种减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法

权利要求书

1.一种减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于通过在合金熔炼过程中加入微量纳米相形成元素即铁元素，在铜熔体中制备高度密集的原位析出的纳米颗粒，利用高度密集的原位纳米颗粒在凝固→已凝固合金的冷却→热处理等多个阶段减弱合金的偏析，最大程度地抑制和消除晶界处的脆性偏析相；

采用的微量合金元素及其形成的纳米颗粒需具备三个条件：

(1)纳米相形成元素在热力学上满足在基体熔体中提前析出的条件；

(2)纳米颗粒与基体的晶格错配度≤10％，凝固过程中通过纳米颗粒的异质形核作用产生显著的晶粒细化效果，同时提高颗粒捕捉的潜力；

(3)纳米颗粒具有高于基体的哈梅克常数，为纳米颗粒的自发捕捉提供负的范德华力；

所述铜合金为锡青铜合金。

2.如权利要求1所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于通过凝固过程中高度密集的原位纳米颗粒对溶质原子的阻碍，晶粒细化缩短溶质原子的偏析路径及产生的大量晶界将偏析相分割，最大程度地减少锡青铜合金铸锭中的晶界偏析相。再者，采用固溶处理工艺，借助分布在基体中的高度弥散的原位纳米颗粒，为偏析相组成元素提供扩散通道，促进晶界处偏析相的溶解和消除。

3.如权利要求1所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于所述铜合金为锡青铜合金，制备步骤如下：

步骤1：根据预设化学成分重量百分比选取化学材料；

步骤2：利用真空感应熔炼加热方式，制备铜合金熔体并进行合金化操作；

步骤3：将铜合金熔体浇铸成铸锭，取样进行组织分析；

步骤4：后续进行固溶处理工艺，取样进行组织分析。

4.如权利要求3所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于步骤1中所述预设化学成分的原则是：在原始合金化学成分配比的基础上引入合适的纳米相形成元素，纳米相形成元素需具备三个条件，其一，纳米颗粒在热力学上满足在基体熔体中提前析出的条件；其二，纳米颗粒与基体在晶体学上的相似性，最小化颗粒与基体的晶格错配度，加强异质形核的潜力以及为颗粒捕捉过程创造热力学有利条件；其三，纳米颗粒具有高于基体的哈梅克常数A，为纳米颗粒的自发捕捉提供负的范德华力。

5.如权利要求3所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于步骤1中所述预设化学成分重量百分比为：Sn：9.0～11.0wt.％、Zn：1.0～3.0wt.％、Fe：0.1～3.0wt.％，余量为Cu，其中Fe是满足上述三个条件的纳米相形成元素。

6.如权利要求3所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于步骤2中所述真空熔炼是在真空气氛下进行，真空度≤70Pa。

7.如权利要求3所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于步骤2中所述合金的熔炼方式采用感应加热工艺，确保合金元素在熔体中的均匀分布，促使纳米颗粒在熔体中具有适当的尺寸、尺寸分布范围及空间分布，保证纳米颗粒的形核效率和布朗运动过程中的交互作用。

8.如权利要求3所述减弱甚至消除铜合金晶界处偏析的方法，其特征在于步骤2中所述利用真空感应熔炼加热方式，制备铜合金熔体并进行合金化，具体操作步骤包括：先将电解铜、锡、铁放入石墨坩埚中，然后打开真空泵，抽真空。利用真空感应熔炼加热方式，将合金加热熔化成熔体，为了缩短熔炼时间，减少合金损耗，整个熔炼过程要求快速升温熔化，温度过热至1350℃。为了保证Fe在铜熔体中的均匀分布，必须在1300-1350℃保温20-25min，以促进富铁纳米颗粒在铜熔体中的高度弥散的析出；等到保温过程结束，及时减小感应炉的加热功率，使温度降低至1150-1200℃，这时候充入氩气至真空度0.07MPa，再加入所配好的锌块，然后快速升温，在1250-1300℃保温10min。