[发明专利]螺旋选晶制备单晶85Cu-15Sn合金的方法

说明书

本发明公开了螺旋选晶制备单晶85Cu‑15Sn合金的方法，利用定向凝固炉，使用螺旋选晶的方法制备CuSn单晶合金，所述定向凝固炉包括结晶杆和螺旋选晶器；螺旋选晶器固定在结晶杆上；定向凝固使得合金凝固界面前沿具有较高的温度梯度，有利于生成定向晶，通过螺旋选晶的方法，制备了单晶Cu‑15Sn合金，得到了晶粒取向一致的铜锡合金，合金沿同一晶粒生长方向具有较大的弹性模量，消除了横向晶界，消除了裂纹扩展的主要条件，解决了传统铸造法制备的铜锡合金溶质偏析、塑性差的问题，使获得的铜锡合金组织分布均匀，综合性能优良。

技术领域

本发明属于单晶铜合金制备技术领域，涉及螺旋选晶制备单晶85Cu-15Sn合金的方法。

背景技术

铜合金因其优异的导电、导热性能，良好的延展性而被广泛应用在通讯电缆、传导元件、精密电路等领域，其中铜锡合金作为热核聚变反应堆、高场核磁共振仪等大科学装置中超导线材的关键原材料成为国内外的研究热点。传统铸造法制备的铜锡合金在制备超导线材(包括Nb₃Sn等)时需要经过反复的集束拉拔从而得到千米级长线，传统铸造法制备的铜锡合金在拉拔过程中受到拉伸应力作用，导致合金沿垂直于应力方向极易发生断裂，研究发现断裂主要是由于裂纹沿着不同晶粒的横向晶界扩展引起，消除横向晶界对铜锡合金性能的不利影响，是制备千米级超导线材的首要途径。

发明内容

本发明的目的是提供螺旋选晶制备单晶85Cu-15Sn合金的方法，消除了横向晶界，解决了传统铸造法制备的铜锡合金偏析严重，且在制备超导线材过程中塑性差、易断芯的问题。

本发明所采用的技术方案是，螺旋选晶制备单晶85Cu-15Sn合金的方法，利用定向凝固炉，使用螺旋选晶的方法制备CuSn单晶合金，所述定向凝固炉包括结晶杆和螺旋选晶器；螺旋选晶器固定在结晶杆上。

本发明的特点还在于：

其中螺旋选晶制备单晶85Cu-15Sn合金的方法具体按以下步骤实施：

步骤1，依次称取Cu块和Sn粒，将铜块打磨，随后将表面处理过的铜块放入超声清洗仪中，在超声清洗仪内加入无水乙醇清洗，清洗结束后取出铜块并烘干；

步骤2，将步骤1中称取的材料依次装入定向凝固炉中；

步骤3，将炉内抽真空，启动感应电源对材料进行加热，待金属液伴随感应电流旋转即停止增加功率并保温；

步骤4，将金属液浇入螺旋选晶器，并启动拉拔，拉拔结束后得到单晶铜锡合金；

其中步骤1中称取Cu块80wt.％-86wt.％，Sn粒20wt.％-14wt.％；在超声清洗仪内清洗20～30min；

其中步骤2中将步骤1中称取的材料依次装入准备好的感应线圈中，检查线圈浇注位置是否对准导流管，固定螺旋选晶器并检查导流管与螺旋选晶器是否对准，最后关闭炉门；

其中步骤3中依次采用机械泵、罗茨泵、扩散泵将炉内真空抽至6×10^-3Pa，启动感应电源对材料进行加热，电源功率每10～30min升高1～3KW，待金属液伴随感应电流旋转即停止增加功率并保温10～30min；

其中步骤4中采用翻转浇铸的方法将金属液浇入下方导流管中，金属液会顺着导流管进入螺旋选晶器，保温5～15min，设置结晶杆拉拔速度为100～300μm/s并启动拉拔，拉拔结束后得到单晶铜锡合金。

本发明的有益效果是