制備工藝對(duì)Cu-11Ni-2W合金組織和導(dǎo)熱性能的影響
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更新時(shí)間：2016-02-25
采用真空非自耗電弧熔煉和高頻感應(yīng)熔煉噴鑄成型兩種工藝制備Cu-11Ni-2W合金，研究制備工藝對(duì)合金組織和導(dǎo)熱性能的影響，為開(kāi)發(fā)高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱銅合金提供技術(shù)途徑。
強(qiáng)化冶金的煉鐵高爐內(nèi)溫度高達(dá)1500～1600℃,爐襯承受強(qiáng)烈的沖刷侵蝕。目前解決方法是在砌磚之間埋設(shè)純銅冷卻板或冷卻壁，實(shí)行強(qiáng)制冷卻。利用純銅的高導(dǎo)熱性能，使?fàn)t襯得到充分冷卻，在爐襯表面形成穩(wěn)定的渣皮，依靠渣皮抵擋高溫氣流的熱沖刷和爐渣的侵蝕，有效地延長(zhǎng)了爐襯壽命。但工業(yè)應(yīng)用表明，純銅的熔點(diǎn)低，高爐純銅冷卻板漏水事故時(shí)有發(fā)生。同時(shí)工廠實(shí)踐發(fā)現(xiàn)水套導(dǎo)熱性能過(guò)高也有負(fù)面作用，如帶走更多的爐內(nèi)熱量，使管內(nèi)壁水溫過(guò)高，甚至沸騰，產(chǎn)生“汽錘”，或形成極危險(xiǎn)的“無(wú)水段”；其次，水溫過(guò)高也容易產(chǎn)生鈣鎂離子水垢，會(huì)顯著影響導(dǎo)熱性能。因此，開(kāi)發(fā)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率的銅合金成為制備長(zhǎng)壽命冷卻元件的關(guān)鍵。意大利MTT公司采用金屬管技術(shù)開(kāi)發(fā)的MTT型銅冷卻板，內(nèi)部鑲鑄銅鎳合金管。由于Cu與Ni可以形成無(wú)限互溶固溶體，因此該合金具有良好的力學(xué)性能和冶金特性，便于埋管的制造與加工，以及鑄銅本體與管壁較好冶金結(jié)合。而且，銅鎳合金熔點(diǎn)比純銅熔點(diǎn)高，有效克服了純銅管鑄造過(guò)程中易熔穿的缺點(diǎn)。雖然銅鎳合金的熔點(diǎn)高于純銅，但隨著鎳含量的增加，合金導(dǎo)熱率顯著下降。銅鎳合金的高熔點(diǎn)和高導(dǎo)熱性，是一對(duì)相矛盾的特性，一般只能在犧牲導(dǎo)熱率的前提下提高銅的熔點(diǎn)。如何解決這一矛盾，在保持高熔點(diǎn)的前提下，改善合金的導(dǎo)熱性能是高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱銅合金研究的關(guān)鍵。本文采用真空非自耗電弧熔煉和高頻感應(yīng)熔煉噴鑄成型兩種工藝制備Cu-11Ni-2W合金，研究制備工藝對(duì)合金組織和導(dǎo)熱性能的影響，為開(kāi)發(fā)高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱銅合金提供技術(shù)途徑。
實(shí)驗(yàn)材料為：銅粉(純度99.95%,200目)，鎳粉(純度99.97%,200目)，鎢粉(純度99.95%,200目)。采用QMW4L型球磨機(jī)將配制好的金屬粉末真空下球磨混合，將混合后的粉末冷壓成型為Φ17mm×1～2mm的薄餅。分別采用真空非自耗電弧熔煉工藝和高頻感應(yīng)熔煉噴鑄成型工藝制備銅合金。真空非自耗電弧熔煉：將薄餅樣品放入電弧爐坩堝內(nèi)，經(jīng)過(guò)4次重復(fù)熔煉，整個(gè)過(guò)程在氬氣保護(hù)下完成，隨爐冷卻，獲得Φ30mm×10mm的鑄錠。高頻感應(yīng)熔煉噴鑄成型：將樣品破碎成小塊放入石英管(石英管下端有Φ0.6mm的噴嘴)中，經(jīng)高頻感應(yīng)加熱熔化，在一定壓力的氬氣作用下噴鑄銅模中，獲得1.5mm×12mm×60mm片狀試樣，整個(gè)過(guò)程在氬氣保護(hù)下完成。
電弧熔煉工藝制備的Cu-11Ni-2W合金試樣組織晶粒粗大，相組成為α固溶體和少量W相；高頻感應(yīng)熔煉噴鑄工藝制備的合金試樣組織晶粒細(xì)小，相組成為單相α固溶體。電弧熔煉制備的Cu-11Ni-2W合金的導(dǎo)熱率為67.2W/(m·K)，感應(yīng)熔煉噴鑄工藝制備合金的導(dǎo)熱率為47.8W/(m·K)。電弧熔煉工藝制備Cu-11Ni-2W合金的熔點(diǎn)為1157.24℃。
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