[发明专利]一种采用真空自耗电弧熔炼制备铍铜母合金的方法

说明书

本发明涉及一种采用真空自耗电弧熔炼制备铍铜母合金的方法，称取铜粉、氧化铍粉末、石墨粉；对氧化铍粉末进行包膜处理后，将氧化铍粉末、铜粉和石墨粉混合均匀，获得混合粉；再对混合粉进行压制处理，获得板坯；然后对板坯进行轧制，获得碎块后，破碎，获得粒径不超过1mm的坯料粉；将坯料粉退火后，添加石蜡粉，混合均匀，再压制成型，获得柱状生坯；将柱状生坯装载于石墨模具内，烧结、脱模，获得工作电极；然后将工作电极装入真空自耗电弧炉，进行真空自耗电极电弧熔炼，获得铍铜母合金。本发明容易实现高铍含量的铍铜母合金的制备，且制备成功率高。本发明的方法无需坩埚熔炼，也无需借助专门的加压烧结炉进行，生产成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种采用真空自耗电弧熔炼制备铍铜母合金的方法，属于金属材料制造领域。

背景技术

铍是一种轻金属元素，主要应于特种合金生产，对有色金属特别是铜、铝合金的强化效应明显，在航空、航天等工业领域有其特殊的价值，在国民经济各部门亦有广泛的应用。

目前，常见铍铜母合金生产工艺为大气非自耗电弧熔炼法，采用大气连通式石墨电极生产，其生产现场常需采用各种防护设备设施及措施，以更好地防护操作人员并保护环境，各生产企业投入巨大。该生产方式沿用了数十年，生产工艺比较稳定，为国民经济提供了可靠的原材料。但电弧温度高，碳热还原反应不光生成铍，更大量生成碳化铍。碳热还原反应生成铍后，由于其活性高，容易被氧化、挥发，造成铍的损耗，降低了铍金属的回收率，且污染车间内外的环境。另一方面，大气连通式生产方式，无法避免微小的铍颗粒进入环境，尽管量少，长年累月对生产人员的身体造成不可逆的影响亦不可忽略。故改进现有的生产技术、生产工艺，以达成更高的环保标准，提高产品质量、降低成本就显得非常有必要，具有很大的社会效益。

真空冶金是在低于或远低于常压下进行金属及合金的冶炼和加工的冶金方法。真空对冶金过程的重要作用主要是：(1)为有气态生成物的冶金反应创造有利的化学热力学和动力学条件，从而使某些在常压下难以进行的冶金过程在真空条件下得以实现；(2)降低气体杂质及易挥发性杂质在金属中的溶解度，相应地降低其在金属中的含量；(3)降低金属或杂质挥发所需温度，并提高金属与杂质间的分离系数(见真空精炼)；(4)减轻或避免金属或其他反应剂与空气的作用，避免气相杂质对金属或合金的污染。真空冶金主要用于真空分离、真空还原、真空精炼、真空熔铸、热处理、真空镀膜等。

在真空条件下，还原金属的化合物或矿石以制取金属或合金的方法得到了较广的应用。真空在还原过程中所起的作用，除能避免还原剂和还原出的金属被空气氧化及氮的污染外，更重要的是对生成气态产物(如金属蒸气、CO等)的冶金反应特别有利。例如，金属氧化物在碳还原时，其反应式为： (设Me为二价)

2MeO(s)+C(s)=2Me+CO₂(g)(或CO)

反应产生气态CO₂或CO，有时还产生气态金属Me。根据吕查德里原理(Principleof Lechatelier)，降低生成物的分压有利于还原反应的进行，这样势必在设备结构、材质、能耗等方面带来效益。

真空还原已在有色金属冶金中广为应用，真空碳还原已成为生产金属铌的主要方法，它也是金属矾、钽的生产的重要方法。在真空中用硅作还原剂的真空硅热还原法，以及在真空中用铝作还原剂的真空铝热还原法生产某些低沸点金属，如钙、镁、钡等，由于其工艺简单、成本较低，而成为这些金属的工业生产方法之一。真空还原通常在真空电阻炉或真空感应炉中进行。

真空冶金在铍铜母合金的生产应用是一个降低生成物的分压有利于还原反应持续且高效进行的典型场景。真空自耗电极电弧熔炼条件下，相当于冶金生产的闪速熔炼条件，BeC的生成渣能明显减少，且渣量被控制在最小的程度。当渣量很少时，对产品质量影响很小，而且这种影响也很容易消除。