基于铝热还原—电磁铸造法制备铜铬合金中夹杂物的调控研究

论文摘要

CuCr合金可以广泛应用于集成电路的引线框、各种电极、电触头、高强度导线等要求高导电性、高强度的领域,是一种具有广泛应用前景的大功率、高压触头材料。传统的粉末冶金法、熔渗法以及真空电弧熔炼法制备CuCr都存在着生产成本高,工艺复杂,成品率低等缺陷,尤其是在制备大尺寸合金铸锭方面存在困难。针对这一现象,课题组提出基于铝热还原电渣重熔法制备铜铬合金的新工艺,先后获得相关发明专利2项。前期研究表明：铝热还原-电磁铸造法直接制备的铜铬合金中存在气孔以及氧化物夹杂等缺陷,本文将对铝热-电磁铸造法制备的合金中夹杂物赋存形态、分布规律以及气孔等微观缺陷进行系统分析,为电渣精炼工艺选择提供理论依据。首先,通过热力学计算得出铝热反应在不同温度下的△Gθ、△G和△H值,确定最高反应温度及热效应。计算结果表明,体系反应的绝热温度为2848K,而且反应的吉布斯自由能变很负,故而以铝作还原剂在理论上是可行的。采用差热分析研究了CuO-Cr2O3-A1体系的动力学,结果表明：反应表观活化能Ea=151.272kJ/mol,反应级数n=2.48,反应动力学方程为：da/dT=0.2464×105e-151272/RT（1-α）2.48。其次,采用SEM、能谱分析技术及金相显微镜对合金进行了表征,分析了在不同工艺条件下制备的合金中夹杂物赋存状态及微观结构缺陷。结果表明：合金中存在富铜区、富铬区以及夹杂物区三个明显的区域,夹杂物主要以气孔和A1203相形式存在,多分布在富铜相区以及富铜相与富铬相界面处。然后,采用XRD技术对熔炼渣及合金相组成进行表征。结果表明：熔炼渣主要由A1203相以及少量的金属Cr相组成,合金主要有Cu相、Cr相和少量A1203夹杂相组成。最后,采用金相显微镜及image图像处理技术对合金中气孔及夹杂物分布规律进行了系统研究。结果表明：电磁搅拌和强化水冷均能减少气孔率。其中,水冷强度加强后合金中的气孔能减少18%,采用铜模浇铸可使Cr粒子细化,添加适量的Na3A1F6、CaF2、CaO、发热剂均能有效地减少合金中夹杂物含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 CuCr合金的制备方法
• 1.2.1 熔渗法
• 1.2.2 混粉烧结法
• 1.2.3 真空电弧熔炼法
• 1.2.4 电渣坩埚熔炼法
• 1.2.5 敞熔法
• 1.2.6 机械合金化法
• 1.2.7 自蔓延熔铸法
• 1.3 铜铬合金发展动向
• 1.4 夹杂物分析
• 1.4.1 夹杂物的分类
• 1.4.2 夹杂物的研究方法
• 1.5 课题研究背景及内容
• 1.5.1 课题研究背景
• 1.5.2 课题研究内容
• 第2章 热力学及动力学研究
• 2.1 概述
• 2.2 热力学研究
• 2.2.1 绝热温度的计算
• 2.2.2 相关反应的热力学分析
• 2.3 动力学研究
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 根据DTA结果推算合成过程的动力学常数
• 2O₃-Al体系的动力学研究'>2.3.3 CuO-Cr₂O₃-Al体系的动力学研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验方法和内容
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验设备
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 实验方案的制定
• 3.4.2 实验工艺流程
• 3.5 性能检测及夹杂物分析
• 3.5.1 SEM分析
• 3.5.2 XRD分析
• 3.5.3 金相显微镜分析
• 3.5.4 图像分析
• 第4章 CuCr合金微观结构分析
• 4.1 合金SEM分析
• 4.1.1 添加不同添加剂为时的合金SEM分析
• 4.1.2 合金轴向与径向SEM分析
• 4.1.3 同一铸锭不同部位SEM分析
• 4.1.4 不同电磁搅拌条件时的合金SEM分析
• 4.1.5 不同冷却条件时的合金SEM分析
• 4.1.6 不同铸模时的合金SEM分析
• 4.2 合金金相分析
• 2+CaO时的合金金相分析'>4.2.1 添加剂为CaF₂+CaO时的合金金相分析
• 4.2.2 不同电磁搅拌条件时的合金金相分析
• 4.2.3 不同冷却条件时的合金金相分析
• 4.2.4 不同铸模时的合金金相分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 夹杂物分析
• 5.1 图像分析及其结果分析
• 5.1.1 宏观照片图像分析
• 5.1.2 微观照片图像分析
• 5.2 XRD分析
• 3AlF₆时的XRD分析'>5.2.1 添加剂为Na₃AlF₆时的XRD分析
• 2时的XRD分析'>5.2.2 添加剂为CaF₂时的XRD分析
• 5.3 工艺条件对夹杂物的影响
• 5.3.1 添加剂对夹杂物的影响
• 5.3.2 电磁搅拌对夹杂物的影响
• 5.3.3 水冷对夹杂物的影响
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况