[发明专利]一种压铸用的铜钪合金及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铜合金。

背景技术

铜及铜合金由于具有一系列的优良性能:电导率与热导率高、耐腐蚀性能强、加工成型性能好、强度适中等，在国民经济的各个部门获得了广泛的应用，成为仅次于钢铁、铝的第三大金属。与其它金属相比，铜及铜合金的主要特点是导电和导热性好，在大气、海水和许多介质中抗蚀性好，并有高的强度、耐蚀性和优良的塑性，适于用各种塑性加工和铸造方法生产各种产品，易于压力加工成线、棒、板、带、管等各种半成品和零件。由于优异的导热、导电性能，铜广泛的在航空、航天、电子及日用生活领域用作各种导线电缆、电气开关、接头端子等导电器材和冷凝器、散热器、热交换器、结晶器等热交换器材。是航天航空、能源、造船、石油化工、海洋工程和机械制造等工业部门不可缺少的关键材料。

稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。稀土在金属材料中是一种有益的添加元素，通过一定方式在金属中添加适量的稀土元素可以明显地提高产品质量或降低其生产成本。由于稀土元素具有化学性质活泼、在空气中易燃烧等特点，因此直接在铜及铜合金的熔炼过程中加入稀土元素非常困难，稀土元素烧损率太大，这是限制稀土在铜及铜合金中广泛应用的重要因素之一。

铜合金中加进适量的钪和钡后性能发生了显著的变化。铜钪合金用于制造在高温下工作的弹簧，此种弹簧在红热状态下仍保持良好的弹性和韧性，可以压缩几亿次以上。铜钪可以制作电子接插件触点、开关触点、关键零部件如膜盘、膜片、波纹管、弹簧垫圈、微电机电刷及整流子、电插接件、钟表零件、音频元件等，广泛应用于仪表、仪器、计算机、汽车、家电等工业中。铜钪易于焊接和钎焊，在大气、淡水和海水中耐腐蚀性极好，被用来制造深海探测器和海底电缆。铜钪有一个非常可贵的特点，就是受到撞击的时候不会产生火花。这个特点对制作军工、石油、矿山专用的工具至关重要。

人们不断追求合金成本，材料性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对铜合金材料进行了多方位的创新。我国所需要的高端铜合金也多从德国，瑞典等发达国家进口。国外己经开发的新型稀土铜合金材料的力学和其它性能还不能令人满意，不能完全满足现代工业的要求。开发具备特殊性能铜合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铜基复合材料。钪和钡作为合金化元素加入铜合金中可以大大提高铜合金的弹性性能和铸造性能。随着我国工业的快速发展，开发新型铜合金已成为必然。

含钪和钡铜合金最大的特点是在冶炼过程中因为合金熔体中的钪和钡容易氧化燃烧，生成疏松的氧化膜和氮化膜。这种不致密的熔体表面化合物膜不能阻止氧气和氮气向熔体表面的扩散，导致了铜合金熔体在熔炼过程中的不断氧化和消耗。因此，目前在含钪和钡铜合金的冶炼中一般采用氩气保护的方法来进行合金制备。而且冶炼温度在1200度左右。在如此高的温度下，钪和钡由于蒸气压过大导致在冶炼过程中挥发过度，最后合金中剩余的钪和钡含量过低。一般而言，采用氩气保护的方法熔炼的含钪和钡铜合金，最终钪和钡的收得率只有10-30wt.%左右。而且该方法不同程度地存在着铸件易产生熔剂夹杂、设备复杂及生产成本高等缺点。因此使含钪和钡铜合金的研制、开发与应用受到了限制。在急需大规模使用含钪和钡铜合金的工业和国防领域，一直存在着现有产量少，工艺繁琐，成本高等急需克服的现状。

寻求更好的冶炼方法成为含钪和钡铜合金应用研究和产业化中的关键问题之一。通过合金化的方法达到防止在冶炼过程中含钪和钡铜合金熔体的氧化，是解决含钪和钡铜合金冶炼问题的发展方向之一。合金化阻燃和防止钪和钡在熔炼过程中挥发的机理是在合金中添加合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程。在合金表面形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的。与氩气保护相比，合金化阻燃可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的阻燃和防止钪和钡在熔炼过程中挥发性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终含钪和钡铜合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铜合金的力学性能水平。因而如何在合金中平衡各种合金元素的含量，制备出在大气环境下阻燃和防止钪和钡在熔炼过程中挥发的铜合金，且具备优异的力学性能，是当前含钪和钡铜合金的一个亟待解决的问题。

发明内容