[发明专利]一种用于电机转子的含稀土的微合金强化铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料领域，尤其涉及制作电机转子的铜合金材料，特别是一种用于大型深槽式或双鼠笼式异步电机转子导条的含稀土的微合金强化铜合金及其制备方法。

背景技术

大型异步电机以及高负载电机的起动性能一直是电机生产方和使用方关注的焦点，为了改善此类电机的起动性能，通常采用双鼠笼式或深槽式结构的电机转子。双鼠笼式转子的特点是将转子设计成具有内、外两层（内笼和外笼）独立的短路绕组；深槽式转子的特点是将转子槽设计成深而窄的槽，转子导体（也称作导条）沿槽高并联而成。一般使用紫铜、黄铜或青铜作为导条材料。

电机在起动之初，转子静止，而定子旋转磁场以同步转速高速旋转，磁场被转子导体切割的频率很高，由于电流的趋肤效应，这类电机的转子电流主要集中在转子表层或外笼的导条上。为了提高电机的起动性能，转子表层或外笼导条选用具有一定电阻率和较高力学性能的材料，以降低电机的起动电流，提高起动转距，保障电机顺利起动。当转子旋转后，随着转速升高，磁场被转子导体切割的频率逐渐减小，趋肤效应也随之减小，转子电流趋向于均布在整个转子导条上。而由于转子的内层或内笼导条采用电阻率较小的材料，因而转子损耗降低，提高了电机的运行效率。这样能使电机在起动时具有良好的起动性能，在正常运转时具有较小损耗和较高效率。作为电机转子的导体材料，首先应具备良好的导电性能，同时要求有足够的抗拉强度，如力学性能不足，在过大的冲击转矩下往往会造成外笼或外层导条断裂，断裂后的导条被甩出，将引起定子与转子相擦进而使电机烧毁。

材料的微合金化技术是根据材料的应用需要选择不同的合金元素，满足不同的性能要求。铜的微合金化技术是在原有铜或铜合金的基础上，添加微量的铁、硅、硼、银和稀土等一种或数种元素，以起到提高材料力学性能、耐蚀性能、耐磨性能或耐热性能的作用。对于电机转子导条材料来说，主要要求是材料在保持足够导电性能的同时具备较高的强度和硬度。元素添加量随微合金化的合金种类不同而异，相对于主加合金元素来说是微量的范围。如在纯铜基材的熔炼过程中添加少量的银，可起到提高材料力学性能和软化温度的作用。但添加银，对力学性能的提高非常有限，且银的价格昂贵，会使材料成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于鼠笼式（包括双鼠笼式和深槽式）电机转子的含有稀土的微合金强化铜合金材料，解决大型电机在高转矩起动条件下导条材料的力学性能不足以致发生断裂，甚至致使电机损毁的技术问题。

本发明的另一目的在于提供上述含有稀土的微合金强化铜合金材料的制备方法。

本发明的一种用于电机转子的含稀土的微合金强化铜合金，在铜中加入了纯微合金强化元素硅、铁、混合稀土合金和硼，以质量百分比计，硅含量为0.18%～2.0%，铁为0.5%～1.0%，混合稀土合金为0.08%～0.36%，硼为0.001%～0.01%，微量杂质，余量为铜。

所述合金材料中的微量杂质是由于电解铜中不可避免地含有杂质所致，杂质元素有铋、磷和铅，以质量百分比计，铋≤0.001%，磷≤0.001%，铅≤0.005%。

本发明还提供了制备上述一种用于电机转子的含稀土的微合金强化铜合金的方法。其步骤是：

⑴ 按照所述材料配方称取硅、铁、混合稀土合金、硼和铜各成分，其中硼以硼铜中间合金的形式加入，硼在所述硼铜中间合金中的质量百分比为4.5%～5.5%，余量为铜；稀土以混合稀土合金的形式加入，所述混合稀土合金成分的质量百分比为：镧23%～25%，铈1.7%～2.0%，镨1%～2%，钕2.5%～4.0%，余量为硅；硅以硅铜中间合金的形式加入，硅在所述硅铜中间合金中的质量百分比为13%～15%，余量为铜，硅按配方重量减去混合稀土合金中的硅后的数量称取；电解铜按配方重量减去硅铜中间合金中余量的铜，再减去硼铜中间合金中余量的铜之后的重量称取；

⑵ 将称取的全部铁和电解铜加入工频感应熔炼炉内，用干馏的木炭完全覆盖；

⑶ 开始加热升温至铜熔化，铜液温度升至1150℃～1220℃；

⑷ 在铜液中加入硅铜中间合金和硼铜中间合金，最后加入混合稀土合金，添加时分别用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有木炭层的铜液之中，搅拌均匀；

⑸静置5分钟后出炉浇铸锭坯，浇铸温度1150℃～1200℃。

锭坯供作为拉制导条之用。