CN110052619A - 一种球型CuFe合金粉末的制备方法 - Google Patents

一种球型CuFe合金粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球型CuFe合金粉末的制备方法，属于有色金属合金技术领域。主要包括：配料、装炉、抽真空、熔炼、雾化、收粉；铁相主要为颗粒状，并且弥散均匀的分布于铜基体内，无偏析等现象；本发明所制备的CuFe合金粉末形貌呈球形，粉末气体含量低、粉末中Fe相均匀分布于Cu颗粒集体中，采用该CuFe合金粉末可以制备出各类含铜铁成分的粉末冶金产品。

Description

一种球型CuFe合金粉末的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属合金技术领域，具体涉及一种球型CuFe合金粉末的制备方法。
背景技术
在粉末冶金制品中，铜粉和铁粉是用量最大的两种粉末，传统粉末冶金制品的制备是将铜粉、铁粉混合使用，两者混合不均匀以及两者熔化温度相差较大，烧结温度难以确定等特点，导致制成品的质量和性能受到严重的影响；另外一种铜铁复合粉的生产方法是采用扩散法，把铜粉和铁粉按一定比例混合均匀，然后加热到一定温度，使铜粉包覆在铁粉颗粒表面，由于该方法是一种以物理的方式把铜包覆在铁粉颗粒表面，因此，也存在很多不足之处。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种形貌呈球形，粉末气体含量低的球型CuFe合金粉末制备方法。
本发明的技术方案是：一种球型CuFe合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：配料
根据配比取电解铜板与CuFe母合金为原料，待用；
步骤二：装炉
将上述配比好的合金料装入真空感应熔炼炉内的坩埚中，合上炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；
步骤三：抽真空
开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待炉内真空压力p≤0.08MPa时，开启罗茨泵；
步骤四：熔炼
当炉内真空压力抽到p≤4Pa时，加热升温，功率升至20KW-30KW，保温5min-10min，功率升至40KW-50KW，保温5min-10min，加热功率升至60KW-70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW以下，打开充氩气阀，缓慢向炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，升功率至70KW±5KW，精炼1min-2min；
步骤五：雾化
将上述熔化的合金液倒入漏包中，合金液通过漏嘴流出的过程中，经过压缩气体进行喷射，将合金液分散成细小液滴，在降落的过程中冷却凝固；
步骤六：收集粉末。
进一步地，所述步骤一中所需CuFe母合金成品中Fe元素的百分含量为5-30％，满足制备不同Fe元素含量的球型CuFe合金粉末的要求。
进一步地，所述步骤二所述坩埚为镍坩埚，镍的抗碱性和抗侵蚀能力都较强，故镍坩埚常用于熔炼铁合金。
进一步地，所述步骤五中压缩气体的喷射是通过高压喷嘴进行的，且高压喷嘴的喷射角度距水平面48-70度，通过调高压喷嘴与水平面存在喷射角度，以及压缩气体存在喷射气压，方便控制合金液小液滴的粒径大小，保证粒径均一性。
进一步地，所述步骤五中压缩气体的压力为0.5-10MPa，合金液通过漏嘴流出的过程中，流速为4-20L/min，通过控制压缩气体的压力和合金液流速在一定范围内，方便控制合金液小液滴的粒径大小。
进一步地，所所述步骤五中压缩气体为氩气和氦气的混合气体，通过惰性气体对合金液滴进行喷射，能够避免与合金液发生反应产生杂质，影响制备球型CuFe合金粉末的纯度。
进一步地，所述步骤五中合金液分散成细小液滴后进行冷却时，还可在冷却器中进行，具体冷却工艺为：将分散后小液滴直接落入冷却器，在降落的过程中向冷却器中通入流速为8-28L/min的冷却气体冷却，落入冷却器后，再向冷却器中加入冷却液冷却，温度冷却至50℃以下，然后将合金粉末与冷却液分离，进行干燥即可，通过双重冷却方式，加快冷却速度。
更进一步地，所述冷却液的成分为盐水、油；冷却效果好，对合金材料无腐蚀性。
本发明的有益效果是：本发明提供一种球型CuFe合金粉末的制备方法，与现有技术相比，制备球型CuFe合金粉末所用坩埚镍坩埚，镍的抗碱性和抗侵蚀能力都较强，故镍坩埚常用于熔炼铁合金；通过调高压喷嘴与水平面存在喷射角度，以及压缩气体存在喷射气压，方便控制合金液小液滴的粒径大小，保证粒径均一性；在降落的过程中向冷却器中通入流速为8-28L/min的冷却气体冷却，落入冷却器后，再向冷却器中加入冷却液冷却，温度冷却至50℃以下，然后将合金粉末与冷却液分离，进行干燥即可，通过双重冷却方式，加快冷却速度；铁相主要为颗粒状，并且弥散均匀的分布于铜基体内，无偏析等现象；本发明制备的CuFe合金粉末形貌呈球形，粉末气体含量低、粉末中Fe相均匀分布于Cu颗粒集体中，采用该CuFe合金粉末可以制备出各类含铜铁成分的粉末冶金产品。
附图说明
图1为是本发明的球型CuFe合金粉末形貌及X100金相组织示意图；
图2为是本发明的球型CuFe合金粉末形貌及X500金相组织示意图；
图3为是本发明的球型CuFe合金粉末截面金相图；
图4为本发明的球型CuFe合金粉末制备过程的主要流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种球型CuFe合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：配料
根据配比取电解铜板与Fe元素的百分含量为5％的CuFe母合金为原料，待用；
步骤二：装炉
将上述配比好的合金料装入真空感应熔炼炉内的镍坩埚中，合上炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；
步骤三：抽真空
开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待炉内真空压力p＝0.06MPa时，开启罗茨泵；
步骤四：熔炼
当炉内真空压力抽到p＝2Pa时，加热升温，功率升至20KW，保温5min，功率升至40KW，保温5min，加热功率升至60KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至15KW，打开充氩气阀，缓慢向炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，升功率至65KW，精炼1min；
步骤五：雾化
将上述熔化的合金液倒入漏包中，合金液通过漏嘴流出的过程中，经过压力为0.5MPa的氩气和氦气的混合的压缩气体进行喷射，流速为4L/min，将合金液分散成细小液滴，在降落的过程中冷却凝固；
步骤六：收集粉末。
实施例2
一种球型CuFe合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：配料
根据配比取电解铜板与Fe元素的百分含量为20％的CuFe母合金为原料，待用；
步骤二：装炉
将上述配比好的合金料装入真空感应熔炼炉内的镍坩埚中，合上炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；
步骤三：抽真空
开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待炉内真空压力p＝0.07MPa时，开启罗茨泵；
步骤四：熔炼
当炉内真空压力抽到p＝3Pa时，加热升温，功率升至25KW，保温8min，功率升至45KW，保温8min，加热功率升至65KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至19KW，打开充氩气阀，缓慢向炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，升功率至70KW，精炼1.5min；
步骤五：雾化
将上述熔化的合金液倒入漏包中，合金液通过漏嘴流出的过程中，经过压力为6MPa的氩气和氦气的混合的压缩气体进行喷射，流速为13L/min，将合金液分散成细小液滴，在降落的过程中冷却凝固；
步骤六：收集粉末。
实施例3
一种球型CuFe合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：配料
根据配比取电解铜板与Fe元素的百分含量为30％的CuFe母合金为原料，待用；
步骤二：装炉
将上述配比好的合金料装入真空感应熔炼炉内的镍坩埚中，合上炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；
步骤三：抽真空
开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待炉内真空压力p＝0.08MPa时，开启罗茨泵；
步骤四：熔炼
当炉内真空压力抽到p＝4Pa时，加热升温，功率升至30KW，保温10min，功率升至50KW，保温10min，加热功率升至70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW，打开充氩气阀，缓慢向炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，升功率至75KW，精炼2min；
步骤五：雾化
将上述熔化的合金液倒入漏包中，合金液通过漏嘴流出的过程中，经过压力为10MPa的氩气和氦气的混合的压缩气体进行喷射，流速为20L/min，将合金液分散成细小液滴，在降落的过程中冷却凝固；
步骤六：收集粉末。
实施例4
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤五中压缩气体的喷射是通过高压喷嘴进行的，且高压喷嘴的喷射角度距水平面55度，通过调高压喷嘴与水平面存在喷射角度，以及压缩气体存在喷射气压，方便控制合金液小液滴的粒径大小，保证粒径均一性。
实施例5
本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于，步骤五中合金液分散成细小液滴后进行冷却时，还可在冷却器中进行，具体冷却工艺为：将分散后小液滴直接落入冷却器，在降落的过程中向冷却器中通入流速为16L/min的冷却气体冷却，落入冷却器后，再向冷却器中加入冷却液冷却，温度冷却至50℃，然后将合金粉末与冷却液分离，进行干燥即可，通过双重冷却方式，加快冷却速度。
实施例6
本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于，上述冷却液的成分为盐水、油；冷却效果好，对合金材料无腐蚀性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：配料
根据配比取电解铜板与CuFe母合金为原料，待用；
步骤二：装炉
将上述配比好的合金料装入真空感应熔炼炉内的坩埚中，合上炉盖，关闭放气阀，清理观察窗；
步骤三：抽真空
开启机械泵，打开低真空挡板阀抽真空，待炉内真空压力p≤0.08MPa时，开启罗茨泵；
步骤四：熔炼
当炉内真空压力抽到p≤4Pa时，加热升温，功率升至20KW-30KW，保温5min-10min，功率升至40KW-50KW，保温5min-10min，加热功率升至60KW-70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW以下，打开充氩气阀，缓慢向炉体内充入浓度为99.999％的氩气，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，升功率至70KW±5KW，精炼1min-2min；
步骤五：雾化
将上述熔化的合金液倒入漏包中，合金液通过漏嘴流出的过程中，经过压缩气体进行喷射，将合金液分散成细小液滴，在降落的过程中冷却凝固；
步骤六：收集粉末。
2.根据权利要求1所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所需CuFe母合金成品中Fe元素的百分含量为5-30％。
3.根据权利要求1所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤二所述坩埚为镍坩埚。
4.根据权利要求1所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤五中压缩气体的喷射是通过高压喷嘴进行的，且高压喷嘴的喷射角度距水平面48-70度。
5.根据权利要求4所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤五中压缩气体的压力为0.5-10MPa，合金液通过漏嘴流出的过程中，流速为4-20L/min。
6.根据权利要求4所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤五中压缩气体为氩气和氦气的混合气体。
7.根据权利要求1所述的一种球型CuFe合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤五中合金液分散成细小液滴后进行冷却时，还可在冷却器中进行，具体冷却工艺为：将分散后小液滴直接落入冷却器，在降落的过程中向冷却器中通入流速为8-28L/min的冷却气体冷却，落入冷却器后，再向冷却器中加入冷却液冷却，温度冷却至50℃以下，然后将合金粉末与冷却液分离，进行干燥即可。
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