一种抗高温氧化、耐高温软化高强Cu合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化、耐高温软化高强Cu基导电合金及其制备方法，属于耐高温铜合金技术领域。

背景技术

铜合金具有优良的综合力学性能和导电导热性能，广泛应用于电力、化工、冶金、航空航天等研究领域。随着高技术发展，Cu合金越来越多地被要求在高温、高重载等严苛的条件下使役。比如，大型高速涡轮发电机转子的槽楔合金、火箭发动机燃烧室及推力室的内衬材料及铝电解惰性阳极等。这些实际工况对Cu合金强度、电导率、抗高温软化性能及抗高温氧化性能提出了更高的要求。

目前为止，高强度热稳定铜合金主要以铝青铜为主，但是耐高温性能及服役温度均存在局限性。即使是耐高温性能最优异Cu

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提出一种基于团簇式方法设计的抗高温氧化、耐高温软化高强Cu合金及其制备方法。为保证Cu-Ni-Al合金抗软化性能、强度及电导率的基础上提升其抗氧化性能，选择Cr及Zr协同添加。通过合金化元素的固溶提升L1

本发明采用的技术方案是：一种基于团簇式方法设计的抗高温氧化、耐高温软化高强Cu基导电合金，所述Cu基导电合金成分的原子百分比为Cu：49.00～72.00at.％，Ni：8.33～33.33at.％，Al：4.17～16.67at.％，Cr：0.30～0.65at.％，Zr：0.04～0.08at.％；

导电合金的原子团簇式为：m(Cu

该合金相组成随Cu含量的增加而变化，当Cu含量：49.00at.％≤Cu at.％≤62.00at.％，原子团簇式中：0.5≤m≤1时，合金组织由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的L1

合金的性能指标为：电导率4.88-12.5％IACS，硬度195-280HV，极限抗拉强度620-870MPa，200小时内850℃的氧化速率为0.1-0.4mg/cm

一种抗高温氧化、耐高温软化高强Cu基导电合金的制备方法:根据Cu基导电合金换算重量百分比，并配制Cu、Ni、Al、Cr以及Zr原料；

采用非自耗真空电弧熔炼，通入高纯氩气保护，对配制好的纯度为4N以上的Cu、Ni、Al、Cr以及Zr原料进行反复熔炼，得到成分均匀的合金锭；

利用热重分析仪获得熔炼合金的熔点，并在比熔点低100℃的温度下固溶，保温6小时后空冷；随后，进行900℃高温时效4h随炉冷却；最后，进行450℃低温时效4h。

通过分析Cu-Ni-Al合金中强化相L1

该合金相组成随Cu含量的增加而变化，合金组织由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的L1

所述的一种基于团簇式方法设计的抗高温氧化、耐高温软化高强Cu合金的制备方法：

(1)采用非自耗真空电弧熔炼，通入高纯氩气保护，对配制好的纯度为4N以上的Cu、Ni及Al原料进行反复熔炼，得到成分均匀的合金锭；

(2)利用热重分析仪获得熔炼合金的熔点；并在比熔点低100℃的温度下固溶，保温6小时后空冷；随后，进行900℃高温时效4h随炉冷却；最后，进行450℃低温时效4h。

本发明的有益效果是：

1、通过分析Cu-Ni-Al-Cr-Zr合金焓交互作用，通过分析Cu-Ni-Al合金中强化相L1

2、Cr元素为抗氧化元素，同时在Cu中固溶度很小，提升L1

当Cu含量：49.00at.％≤Cu at.％≤62.00at.％，原子团簇式中：0.5≤m≤1时，合金组织由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的L1

当Cu含量：62.00at.％＜Cu at.％≤72.00at.％，原子团簇式中：1＜m≤2时，合金中相组成为FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的纳米级单质Cr相、晶内析出的共格析出的L1

Cr、Zr协同作用保证了合金的力学性能、电学性能、耐高温软化及抗高温氧化性能。

附图说明

图1是时效处理后Cu

图2是时效处理后Cu

图3是时效处理后Cu

具体实施方式

下面结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1：Cu

步骤一：合金制备及显微组织表征

将成分为Cu

步骤二：合金结构和性能表征

采用德国布鲁克D8 FOCUS X射线衍射仪对热处理后样品进行X射线衍射分析，该合金由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的L1

实施例2：Cu

步骤一：合金制备及显微组织表征

将成分为Cu

步骤二：合金结构和性能表征

采用德国布鲁克D8 FOCUS X射线衍射仪对热处理后样品进行X射线衍射分析，该合金由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的L1

实施例3：Cu

步骤一：合金制备及显微组织表征

将成分为Cu

步骤二：合金结构和性能表征

采用德国布鲁克D8 FOCUS X射线衍射仪对热处理后样品进行X射线衍射分析，该合金由FCC结构Cu基固溶体、晶内析出的纳米级单质Cr相、晶内析出的共格析出的L1