制備工藝對Cu-11Ni-2W合金組織和導熱性能的影響
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-02-25
采用真空非自耗電弧熔煉和高頻感應熔煉噴鑄成型兩種工藝制備Cu-11Ni-2W合金，研究制備工藝對合金組織和導熱性能的影響，為開發高熔點、高導熱銅合金提供技術途徑。
強化冶金的煉鐵高爐內溫度高達1500～1600℃,爐襯承受強烈的沖刷侵蝕。目前解決方法是在砌磚之間埋設純銅冷卻板或冷卻壁，實行強制冷卻。利用純銅的高導熱性能，使爐襯得到充分冷卻，在爐襯表面形成穩定的渣皮，依靠渣皮抵擋高溫氣流的熱沖刷和爐渣的侵蝕，有效地延長了爐襯壽命。但工業應用表明，純銅的熔點低，高爐純銅冷卻板漏水事故時有發生。同時工廠實踐發現水套導熱性能過高也有負面作用，如帶走更多的爐內熱量，使管內壁水溫過高，甚至沸騰，產生“汽錘”，或形成極危險的“無水段”；其次，水溫過高也容易產生鈣鎂離子水垢，會顯著影響導熱性能。因此，開發高熔點、高熱導率的銅合金成為制備長壽命冷卻元件的關鍵。意大利MTT公司采用金屬管技術開發的MTT型銅冷卻板，內部鑲鑄銅鎳合金管。由于Cu與Ni可以形成無限互溶固溶體，因此該合金具有良好的力學性能和冶金特性，便于埋管的制造與加工，以及鑄銅本體與管壁較好冶金結合。而且，銅鎳合金熔點比純銅熔點高，有效克服了純銅管鑄造過程中易熔穿的缺點。雖然銅鎳合金的熔點高于純銅，但隨著鎳含量的增加，合金導熱率顯著下降。銅鎳合金的高熔點和高導熱性，是一對相矛盾的特性，一般只能在犧牲導熱率的前提下提高銅的熔點。如何解決這一矛盾，在保持高熔點的前提下，改善合金的導熱性能是高熔點、高導熱銅合金研究的關鍵。本文采用真空非自耗電弧熔煉和高頻感應熔煉噴鑄成型兩種工藝制備Cu-11Ni-2W合金，研究制備工藝對合金組織和導熱性能的影響，為開發高熔點、高導熱銅合金提供技術途徑。
實驗材料為：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，經過4次重復熔煉，整個過程在氬氣保護下完成，隨爐冷卻，獲得Φ30mm×10mm的鑄錠。高頻感應熔煉噴鑄成型：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，經高頻感應加熱熔化，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，整個過程在氬氣保護下完成。
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；高頻感應熔煉噴鑄工藝制備的合金試樣組織晶粒細小，相組成為單相α固溶體。電弧熔煉制備的Cu-11Ni-2W合金的導熱率為67.2W/(m·K)，感應熔煉噴鑄工藝制備合金的導熱率為47.8W/(m·K)。電弧熔煉工藝制備Cu-11Ni-2W合金的熔點為1157.24℃。
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