專利名稱：銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有色金屬材料及加工技術領域，尤其是一種銅合金非真空加鋯工程化技術裝 備及其工藝方法。
技術背景在銅合金中添加鋯和其它元素的含鋯銅產品，由于兼有優(yōu)良的導電、導熱、抗高溫軟化 等綜合性能，在電子材料、電焊電極材料、結晶器材料等領域需求快速增長。尤其Cu-Cr-Zr 系合金材料還是最具魅力的高強高導型合金，是世界工業(yè)國為滿足大規(guī)模集成電路的發(fā)展而 競相研究和開發(fā)的重點。該類合金生產突出的技術難點是解決鋯元素的非真空加入問題，否 則無法實行工程化生產，更無法工業(yè)化大批量應用。由于Zr元素活潑性太強，在大氣條件下極易氧化燒損，含鋯銅合金材料一般均采用真 空感應電爐熔煉，鑄鐵模澆注的生產方式。這種方法成本高、設備投資大，生產能力低下。 由于含鋯銅合金材料熔鑄生產技術上一直未能突破真空爐的生產方法，只能小批量生產，很 難形成工程化生產能力。如Cu-Cr-Zr系合金材料國內傳統(tǒng)的生產方法是真空熔煉——熱軋開坯——冷加工一 一熱處理。這種方法成本高、工藝流程長、設備投資大。由于技術上一直未能突破傳統(tǒng)的真 空鑄坯生產方法，只能小批量試制生產，很難形成產業(yè)化生產能力。目前國內使用的 Cu-Cr-Zr系合金材料除軍工材外，民用幾乎全部進口。國內真空爐生產Cu-Cr-Zr系合金鑄坯的工藝流程為裝料——合爐抽真空^^化一 ^H煉——加Cr——爐內沖氬氣——加Zr——澆鑄，澆鑄方式為爐子——漏斗一保溫 帽一鑄鐵模。與半連鑄方式相比較，該種生產方式主要存在以下問題(1) 環(huán)境污染嚴重。鑄鐵模須刷涂料并烘烤，鑄鐵模一般熏苯形成一層耐熱涂層隔絕 高溫銅液對鑄鐵模的侵蝕，苯易揮發(fā)，對人體有毒并對周圍環(huán)境造成嚴重污染。雖然目前也 開發(fā)出其他涂料，但由于操作上存在難以涂刷均勻、難以烘烤干燥、涂料難以存放等問題， 許多企業(yè)實際生產中主要采用的還是熏苯方式。(2) 成品率低下。鑄模澆鑄最后須進行補縮，鑄模尺寸越大，保溫帽相應尺寸也要增 大，保溫帽造成的幾何廢品多；鑄鐵模生產的鑄錠表面質量普遍較差，許多企業(yè)有意設計鑄模尺寸大一些，采用鑄錠車皮的方式供應合格鑄坯，同樣造成幾何廢品；鑄坯表面容易產生 空洞、夾雜等缺陷，造成整根鑄錠報廢。(3) 生產效率低下。真空爐一般容量較小，熔化一爐料澆鑄一爐，不能以熔煉爐與保 溫爐結合的方式提高產能，而且為保護坩堝并保證鑄模內熔體完全凝固，澆鑄后一般要停滯40分鐘以上才能打開爐蓋，進行下一爐的準備工作。(4) 生產操作繁瑣。鑄模每使用一次均須刷涂料，并進行有效烘烤，還要烘烤保溫帽、 模墊等工模具，每鑄造一次均須在爐內再次準確定位擺放提前烘烤好的系列配套工模具，生 產操作程序繁多。國外Cu-Cr-Zr系合金材料生產，采用非真空生產新技術己開始進行嘗試，但由于國外 技術封鎖以及知識產權保護等因素，對國外Cu-Cr-Zr系合金材料非真空生產技術知之甚少， 也未査到相關內容的報道。 發(fā)明內容本發(fā)明目的在于提供一種銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其裝備包括感應 熔煉爐l，密封工裝2、澆注管3、保護罩4、結晶器5，具體是在感應熔煉爐的上部一側通 過螺栓或焊接固定密封工裝2，密封工裝2另一端底部固定設有澆注管3，澆注管3 —端通 過保護罩4插入結晶器5。本發(fā)明所稱的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，是在非真條件下向熔煉爐 內的金屬液體添加金屬鋯從而鑄造生產出坯料，具體是在銅合金熔鑄過程中，利用非真空加鋯技術工藝，獲得含有鋯的各種銅合金鑄錠坯料，再經 后續(xù)變形加工獲得各種銅加工產品。本發(fā)明的有益效果在于1、與現(xiàn)有的真空熔煉、熱軋開坯、冷加工、熱處理工藝相相 比，由于現(xiàn)有技術上一直未能突破傳統(tǒng)的真空鑄坯生產方法，只能小批量試制生產，很難形 成產業(yè)化生產能力。本發(fā)明非真空加鋯工藝，成本低、工藝流程短，不需后續(xù)熱處理、設備 投資少、不污染環(huán)境、效率高、成本低、易操作。2、本發(fā)明可以取代現(xiàn)有銅加工中的銅合 金真空鋯裝備及工藝方法，以非真空加鋯裝置及工藝方法為基礎，在合金熔鑄過程中還可添 加其它合金元素，再經后續(xù)變形加工，開發(fā)制作出更多的銅合金產品。成品率與生產效率大 大提高；不用再刷涂料烘烤鑄模，減少環(huán)境污染；不用抽真空，不用烘烤配套輔助工模具，動能消耗減??；省掉漏斗、保溫帽、石墨模墊等工模具，而且半連鑄水冷結晶器壽命一般是 鑄鐵模的30倍以上，工模具消耗費用大大降低；設備投資??；含鋯銅合金產能大幅提高， 規(guī)模經濟效益顯著。 說明書附圖
下面結合附圖對本發(fā)明進一步進行說明； 圖l是本發(fā)明裝備示意圖；圖中，l感應熔煉爐、2密封工裝、3澆注管、4保護罩、5結晶器。 實施例1:制作合金牌號QCrO.6-0.4-0.05規(guī)格210X620mm的坯料工藝 采用按重量比進行配料，先后投入感應熔煉爐r進行熔煉，爐內采用復合熔劑覆蓋，熔煉 溫度為1200 1400'C進行溶化后；再經1150'C 1350。C精煉后采用10 60min進行保溫后； 打開密封爐蓋加入Cu—Cr中間合金并蓋好爐蓋進行溶化；爐內充入高純保護性氣體迸行保 護后再打開密封爐蓋采用以Cu-Zr中間合金的方式加入，蓋好爐蓋進行溶化后，進行鑄造， 鑄造過程中，熔體由熔煉爐通過采用保護氣體進行保護的密封工裝2，從澆注管3經通有保 護氣體的保護罩4注入結晶器5，結晶器上放置保護罩并用復合熔劑做結晶器內的潤滑劑， 鑄造前先通入高純氬氣2 15min,以驅趕密封工裝及澆注管和保護罩內的空氣，并在鑄造過 程中始終采用保護氣體進行保護，熔鑄成錠坯或扁錠或坯料。 實施例2:制作合金牌號QCrO.6-0.4-0.05規(guī)格210X620mm的工藝 采用按重量比進行配料，先后投入感應熔煉爐1進行熔煉，爐內釆用復合熔劑覆蓋，熔煉溫度為1200 1400t:進行溶化后；再經1150'C 1350'C精煉后采用10 60min進行保溫后； 打開密封爐蓋再加入純金屬Cr并蓋好爐蓋進行溶化；爐內充入高純氬氣再打開爐蓋采用 以純金屬Zr的方式加入，蓋好爐蓋進行溶化后；進行鑄造，鑄造過程中，熔體由熔煉爐1 通過采用高純氬氣進行保護的密封工裝2,從澆注管3經通有保護氣體的保護罩4流入結晶 器5，結晶器上部放置保護罩并用復合熔劑做結晶器內的潤滑劑，鑄造前先通入高純氬氣2 15min，以驅趕密封工裝及澆注管和保護罩內的空氣，并在鑄造過程中始終采用保護氣體進 行保護，熔鑄成錠坯或扁錠或坯料。實施例3:感應熔煉爐上部一側通過螺栓固定密封裝置，密封裝置另一端底部固定設有澆注管，澆 注管下端通過保護罩插入結晶器。 實施例4:感應熔煉爐上部一側通過焊接固定密封裝置，密封裝置另一端底部固定設有澆注管，澆 注管一端通過保護罩插入結晶器。
權利要求
1、銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，1感應熔煉爐、2密封工裝、3澆注管、4保護罩、5結晶器構成，其特征在于感應熔煉爐(1)上部一側通過螺栓固定密封工裝(2)，密封工裝(2)另一端底部固定設有澆注管(3)，澆注管(3)下端通過保護罩(4)插入結晶器(5)；工藝流程裝料、密封、熔煉、精煉及保溫、爐內充保護性氣體、加Zr、鑄造；澆鑄方式采用爐子、澆注管、結晶器。
2、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于熔煉；采用感應熔煉爐進行熔煉，熔煉溫度為1200'C 1400'C。
3、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 熔煉;采用感應電爐進行熔煉，熔煉溫度為1200'C 1400'C。
4、 根據權利要求l所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 再經U50'C 1350。C精煉后保溫10 60min。
5、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 加入純金屬中間合金鋯。
6、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 加入Cu—Zr中間合金鋯。
7、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 鑄造前先通入保護氣體2 15min，以驅趕密封工裝及保護罩內的空氣，并在鑄造過程中采用 保護性氣體進行保護，鑄造成坯料。
8、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 感應熔煉爐(1)上部一側通過螺栓固定密封工裝(2)，密封裝置(2)另一端底部固定設有 澆注管(3),澆注管(3) —端通過保護罩(4)插入結晶器(5)。
9、 根據權利要求1所述的銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法，其特征在于 感應熔煉爐(1)上部一側通過焊接固定密封工裝(2)，密封裝置(2)另一端底部固定設有 澆注管(3)，澆注管(3) —端通過保護罩(4)插入結晶器(5)。
全文摘要
銅合金非真空加鋯工程化技術裝備及工藝方法1.感應熔煉爐、2.密封工裝、3.澆注管、4.保護罩、5.結晶器構成，感應熔煉爐(1)上部一側通過螺栓固定密封工裝(2)，密封工裝(2)另一端底部固定設有澆注管(3)，澆注管(3)下端通過保護罩(4)插入結晶器(5)；工藝流程裝料、密封、熔化、精煉、爐內沖氬氣、加Zr、鑄造、檢測；澆鑄方式采用爐子、澆注管、結晶器。
文檔編號B22D21/00GK101254530SQ20081004952
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權日2008年4月11日
發(fā)明者婁花芬, 康敬樂, 張書遠, 張偉華, 符學治, 胡萍霞, 蔣小亮, 詹朝鐸, 謝致遙, 敏 閆, 黃亞飛 申請人:中鋁洛陽銅業(yè)有限公司