CN113293322B - 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺 - Google Patents

一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN113293322B
CN113293322B CN202110402971.9A CN202110402971A CN113293322B CN 113293322 B CN113293322 B CN 113293322B CN 202110402971 A CN202110402971 A CN 202110402971A CN 113293322 B CN113293322 B CN 113293322B
Authority
CN
China
Prior art keywords
furnace
water
copper alloy
heating
manufacturing process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110402971.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113293322A (zh
Inventor
张琦
张航
庾高峰
李雷
马明月
吴斌
王聪利
靖林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Original Assignee
Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd filed Critical Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority to CN202110402971.9A priority Critical patent/CN113293322B/zh
Publication of CN113293322A publication Critical patent/CN113293322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113293322B publication Critical patent/CN113293322B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺，包括以下步骤：S1备料：炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 3‑15％、Si 1‑3％、Mg 1‑2％、稀土1‑8％、石墨烯负载Ce粉体1‑5％、Cu余量，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；S2装炉熔化：保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层；S3升温加料：依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清；S4除气检测；S5加Cr熔炼；S6脱氧出炉；S7后处理。本发明的铜合金制造工艺以铬锆铜为基材并加入了部分稀土元素，使铜合金在具有良好导热性能不变的情况下，具有更高的耐热性以及强度，同时提高了铜合金的耐腐蚀性，从而大大提高了水冷交换器的使用寿命。

Description

一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺
技术领域
本发明涉及单晶硅冶炼炉水冷交换器制造技术领域，具体是涉及一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺。
背景技术
单晶硅冶炼炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备，主要由主机、加热电源和计算机控制***三大部分组成。在冶炼生长硅单晶的过程中，硅单晶生长的成功与否以及质量的高低是由热场的温度分布决定的，温度分布合适的热场，不仅硅单晶生长顺利，而且品质较高；如果热场的温度分布不是很合理，生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷，影响质量，情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此在投资硅单晶生长企业的前期，一定要根据生长设备，配置出最合理的热场，从而保证生产出来的硅单晶的品质。水冷交换器的设置与使用对于单晶硅的生长尤为关键。
现有的水冷交换器多为301-316系列不锈钢板材切割卷筒焊接制成，焊缝太过于密集，且整体结构容易从焊缝位置腐蚀损坏，虽然不锈钢板本身可以抗腐蚀，但进行焊接使用焊料后焊缝位置在高温水压环境下抗腐蚀能力较差，容易导致失效；且单晶硅在固液分界面温度高达1400K，而301-316系列不锈钢材料导热散热性能不好，约为12W/mK，因此必须使用低速以提升液固成型率，从而严重影响生产效率；在材料成本方面，虽然铜材较不锈钢材料成本贵，但在材料折损方面不锈钢材料回收率较低，综合成本高。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了本发明一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺。
本发明的技术方案是：
一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺，包括以下步骤：
S1备料：将需要进行熔炼的炉料准备备用，所述炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 3-15％、Si 1-3％、Mg 1-2％、稀土1-8％、石墨烯负载Ce粉体1-5％、Cu余量，其中，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；
S2装炉熔化：将称量好的玻璃和熔剂加入炉底，然后加入片状铜板垫底，以320KW±10KW的加热功率启动冷炉，升温至600-800℃后保温20min，然后以600KW±10KW的加热功率升温至1100-1200℃，保温20min，待铜板开始熔化后加入块状的Cu回炉料和碎屑状的Cu炉料，并保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层，待炉料熔化后加入小料；
S3升温加料：以850KW±10KW的加热功率升温至1250℃，按照步骤S1中的质量比依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清；
S4除气检测：在熔液熔清后，取少量熔液样品进行原铜液中Cr成分含量检测，同时保持850KW±10KW的加热功率开始通氩气除气15分钟，氩气压力保持在7Pa；
S5加Cr熔炼：除气结束后根据计算的Cr含量确定Cr加入量进行成分调整，加入Cr块后以大功率搅拌速度搅拌15min，同时以850KW±10KW的加热功率升温至1340±40℃并取样，检测调整后熔液中Cr成分含量，直至达到所需的Cr成分含量；
S6脱氧出炉：Cr成分含量调整完成后加入3.2Kg铜镁合金进行脱氧，脱氧结束后出炉，出炉温度控制在1310℃-1400℃；
S7后处理：将铜合金经铸锭、制坯、冷锻处理以及机加工处理后，得到单晶硅水冷交换器。
进一步地，所述步骤S1中石墨烯负载Ce粉体的制备方法为：取氧化石墨烯与CeCl3·H2O质量比为3:1混合均匀后，加入到水浴坩埚中在150℃条件下水浴加热20h，洗涤后在-20℃条件下冷冻干燥10h得到石墨烯负载Ce粉体，通过负载稀土Ce的方式解决了石墨烯难以均匀渗杂入铜合金中的问题。
进一步地，所述步骤S2中溶剂为氟化钠粉末与氟化钙粉末按1：1的质量比组成的混合物，所述溶剂质量为5±1Kg，溶剂的质量占总炉料质量的0-5％，二者混合而成的溶剂对于铜合金的熔炼起到了辅助作用，其熔点比铜合金要高的多，故不会溶于铜合金熔液，并能够增强铜熔液的流动性，最终是以少量废渣的形式排掉。
进一步地，所述步骤S2中玻璃加入量为25Kg±2Kg，以实际生产中均匀覆盖液面为准，若无法覆盖或玻璃太厚可根据实际情况进行补加或捞出多余玻璃，玻璃在熔炼过程中起隔离氧气的作用，最终以废渣的形式排掉。
进一步地，所述步骤S2中当冷炉启动时避免加入碎屑状的炉料，碎料容易在微裂纹未弥合前熔化进入炉衬，无法保证安全生产的同时炉衬寿命也将大打折扣；所述小料为Cu导条，所述Cu导条垂直加入炉内，不允许横向加入避免搭棚现象，防止产生不必要的氧化现象。
进一步地，所述步骤S2中当炉体启动的同时打开炉口燃气保护，直至炉料全部熔化，玻璃均匀覆盖液面为止，以保证整个生产过程的安全性。
进一步地，所述步骤S4、S5中Cr成分含量检测公式为：Cr块加入量＝目标Cr含量与炉前测Cr含量的差值×溶体重量，以便于准确计算Cr的成分含量，同时便与其融入到合金中，解决了Cr熔点高不宜融入的问题。
进一步地，所述步骤S5中搅拌方式为底吹顶部磁搅拌法，所述底吹顶部磁搅拌法在炉底鼓入氩气搅动，在顶部采用电磁搅拌对熔液进行混合搅拌，搅拌速度为200r/min，氩气压力保持在5Pa，通过此方法搅拌比人工搅拌的熔炼出来的金属更加均匀，同时也能让金属熔液更加充分熔化，冷却后成型金属的物理性能更加优良。
进一步地，所述步骤S7中铸锭直径为360mm，方便下一步制作使用。
进一步地，所述步骤S7中冷锻处理方法为超声波冷锻渗氮法，所述超声波冷锻渗氮法包括以下步骤：
S1超声波预处理：使用频率为30Hz、振幅为20μm的超声波振动通过冲头作用在水冷换热器的内壁，使内壁发生剧烈塑性变形以实现表面纳米化，冲头直径0.2mm，冲击次数19820次/mm2；
S2冷锻处理：冷锻的工艺参数为：锻压速度为6mm/s，旋锻角度为45°，冷锻厚度偏差为0.1mm，温度为25℃；
S3离子渗氮处理：将冷锻处理后的水冷换热器放入渗氮炉内，抽真空至4Pa，检测漏气率小于0.2Pa/min后，在500℃±5℃的温度条件下以氨气作为氮源进行渗氮，渗氮后的水冷换热器在300Pa的氨气气氛下随炉冷却；为原子在换热器内壁扩散提供一个通道，有利于内壁化学元素的渗入，同时能使换热器内壁化学活性显著提高，有利于在内壁形成更多的化合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的铜合金制造工艺以铬锆铜为基材并加入了部分稀土元素，使铜合金在具有良好导热性能不变的情况下，具有更高的耐热性以及强度，同时提高了铜合金的耐腐蚀性，从而大大提高了水冷交换器的使用寿命。
(2)本发明的铜合金制造工艺优化了加工工艺，通过负载稀土Ce的方式解决了石墨烯难以均匀渗杂入铜合金中的问题，通过底吹顶部磁搅拌法比人工搅拌的熔炼出来的金属更加均匀，同时也能让金属熔液更加充分熔化，冷却后成型金属的物理性能更加优良，通过超声波冷锻渗氮法为原子在换热器内壁扩散提供一个通道，有利于内壁化学元素的渗入，同时能使换热器内壁化学活性显著提高，有利于在内壁形成更多的化合，有效提高散热效率以及凝结效率，提高产能50％以上；
(3)本发明的铜合金制造工艺有效降低了耗材成本，有利于进一步推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例1中铜合金与纯铜的高温性能对比；
图2是本发明的铜合金单晶硅冶炼炉新型水冷交换器示意图。
具体实施方式
实施例1
一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺，包括以下步骤：
S1备料：将需要进行熔炼的500Kg炉料准备备用，炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 3％、Si 1％、Mg 1％、稀土1％、石墨烯负载Ce粉体1％、Cu 69％，其中，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；石墨烯负载Ce粉体的制备方法为：取氧化石墨烯与CeCl3·H2O质量比为3:1混合均匀后，加入到水浴坩埚中在150℃条件下水浴加热20h，洗涤后在-20℃条件下冷冻干燥10h得到石墨烯负载Ce粉体；
S2装炉熔化：将称量好的25Kg玻璃和5Kg熔剂加入炉底，若无法覆盖或玻璃太厚可根据实际情况进行补加或捞出多余玻璃，溶剂为氟化钠粉末与氟化钙粉末按1：1的质量比组成的混合物，然后加入片状铜板垫底，以310KW的加热功率启动冷炉，当冷炉启动时避免加入碎屑状的炉料，升温至800℃后保温20min，然后以590KW的加热功率升温至1200℃，保温20min，待铜板开始熔化后加入块状的Cu回炉料和碎屑状的Cu炉料，并保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层，待炉料熔化后加入小料，小料为Cu导条，Cu导条垂直加入炉内，当炉体启动的同时打开炉口燃气保护，直至炉料全部熔化，玻璃均匀覆盖液面为止；
S3升温加料：以840KW的加热功率升温至1250℃，按照步骤S1中的质量比依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清；
S4除气检测：在熔液熔清后，取少量熔液样品进行原铜液中Cr成分含量检测，Cr成分含量检测公式为：Cr块加入量＝目标Cr含量与炉前测Cr含量的差值×溶体重量，同时保持840KW的加热功率开始通氩气除气15分钟，氩气压力保持在7Pa；
S5加Cr熔炼：除气结束后根据计算的Cr含量确定Cr加入量进行成分调整，加入Cr块后以大功率搅拌速度搅拌15min，同时以840KW的加热功率升温至1380℃并取样，检测调整后熔液中Cr成分含量，直至达到所需的Cr成分含量；
S6脱氧出炉：Cr成分含量调整完成后加入3.2Kg铜镁合金进行脱氧，脱氧结束后出炉，出炉温度控制在1310℃；
S7后处理：将铜合金经铸锭，铸锭直径为360mm，制坯、冷锻处理以及机加工处理后，得到单晶硅水冷交换器，如图2所示。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S5中搅拌方式为底吹顶部磁搅拌法，底吹顶部磁搅拌法在炉底鼓入氩气搅动，在顶部采用电磁搅拌对熔液进行混合搅拌，搅拌速度为200r/min，氩气压力保持在5Pa。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：
步骤S7中冷锻处理方法为超声波冷锻渗氮法，超声波冷锻渗氮法包括以下步骤：
S1超声波预处理：使用频率为30Hz、振幅为20μm的超声波振动通过冲头作用在水冷换热器的内壁，使内壁发生剧烈塑性变形以实现表面纳米化，冲头直径0.2mm，冲击次数19820次/mm2；
S2冷锻处理：冷锻的工艺参数为：锻压速度为6mm/s，旋锻角度为45°，冷锻厚度偏差为0.1mm，温度为25℃；
S3离子渗氮处理：将冷锻处理后的水冷换热器放入渗氮炉内，抽真空至4Pa，检测漏气率小于0.2Pa/min后，在500℃的温度条件下以氨气作为氮源进行渗氮，渗氮后的水冷换热器在300Pa的氨气气氛下随炉冷却。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：炉料中各个元素的成分及质量含量不同。
S1备料：将需要进行熔炼的300Kg炉料准备备用，炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 10％、Si 2％、Mg 1.5％、稀土5％、石墨烯负载Ce粉体3％、Cu 53.5％，其中，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；
S2装炉熔化：将称量好的23Kg玻璃和4Kg熔剂加入炉底。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：炉料中各个元素的成分及质量含量不同。
S1备料：将需要进行熔炼的800Kg炉料准备备用，炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 15％、Si 3％、Mg 2％、稀土8％、石墨烯负载Ce粉体5％、Cu 42％，其中，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；
S2装炉熔化：将称量好的27Kg玻璃和6Kg熔剂加入炉底。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S2、S3中加热功率与保温温度不同。
S2装炉熔化：将称量好的25Kg玻璃和5Kg熔剂加入炉底，若无法覆盖或玻璃太厚可根据实际情况进行补加或捞出多余玻璃，溶剂为氟化钠粉末与氟化钙粉末按1：1的质量比组成的混合物，然后加入片状铜板垫底，以320KW的加热功率启动冷炉，当冷炉启动时避免加入碎屑状的炉料，升温至700℃后保温20min，然后以600KW的加热功率升温至1150℃，保温20min，待铜板开始熔化后加入块状的Cu回炉料和碎屑状的Cu炉料，并保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层，待炉料熔化后加入小料，小料为Cu导条，Cu导条垂直加入炉内，当炉体启动的同时打开炉口燃气保护，直至炉料全部熔化，玻璃均匀覆盖液面为止；
S3升温加料：以850KW的加热功率升温至1250℃，按照步骤S1中的质量比依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S2、S3中加热功率与保温温度不同。
S2装炉熔化：将称量好的25Kg玻璃和5Kg熔剂加入炉底，若无法覆盖或玻璃太厚可根据实际情况进行补加或捞出多余玻璃，溶剂为氟化钠粉末与氟化钙粉末按1：1的质量比组成的混合物，然后加入片状铜板垫底，以330KW的加热功率启动冷炉，当冷炉启动时避免加入碎屑状的炉料，升温至600℃后保温20min，然后以610KW的加热功率升温至1100℃，保温20min，待铜板开始熔化后加入块状的Cu回炉料和碎屑状的Cu炉料，并保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层，待炉料熔化后加入小料，小料为Cu导条，Cu导条垂直加入炉内，当炉体启动的同时打开炉口燃气保护，直至炉料全部熔化，玻璃均匀覆盖液面为止；
S3升温加料：以860KW的加热功率升温至1250℃，按照步骤S1中的质量比依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S4-6中加热功率与保温温度不同。
S4除气检测：在熔液熔清后，取少量熔液样品进行原铜液中Cr成分含量检测，Cr成分含量检测公式为：Cr块加入量＝目标Cr含量与炉前测Cr含量的差值×溶体重量，同时保持850KW的加热功率开始通氩气除气15分钟，氩气压力保持在7Pa；
S5加Cr熔炼：除气结束后根据计算的Cr含量确定Cr加入量进行成分调整，加入Cr块后以大功率搅拌速度搅拌15min，同时以850KW的加热功率升温至1340℃并取样，检测调整后熔液中Cr成分含量，直至达到所需的Cr成分含量；
S6脱氧出炉：Cr成分含量调整完成后加入3.2Kg铜镁合金进行脱氧，脱氧结束后出炉，出炉温度控制在1360℃。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S4-6中加热功率与保温温度不同。
S4除气检测：在熔液熔清后，取少量熔液样品进行原铜液中Cr成分含量检测，Cr成分含量检测公式为：Cr块加入量＝目标Cr含量与炉前测Cr含量的差值×溶体重量，同时保持860KW的加热功率开始通氩气除气15分钟，氩气压力保持在7Pa；
S5加Cr熔炼：除气结束后根据计算的Cr含量确定Cr加入量进行成分调整，加入Cr块后以大功率搅拌速度搅拌15min，同时以860KW的加热功率升温至1300℃并取样，检测调整后熔液中Cr成分含量，直至达到所需的Cr成分含量；
S6脱氧出炉：Cr成分含量调整完成后加入3.2Kg铜镁合金进行脱氧，脱氧结束后出炉，出炉温度控制在1400℃。
实验例
对实施例1-8中制备的铜合金材料机械力学性能进行检测，并将实施例1中的机械力学性能与纯铜和316不锈钢的机械力学性能进行比对，结果如表1所示。
表1实施例1与纯铜和316不锈钢的机械力学性能对比
Figure BDA0003021110180000091
由表1可以看出，纯铜及实施例1中的铜合金导电性及导热性远高于316不锈钢，316不锈钢的抗拉强度优于实施例1中的铜合金，但屈服强度不如实施例1中的铜合金；此外，在回收成本方面，铜合金也有很大优势，不锈钢***为1.6万每吨，废料1500元/吨，折损：(1500/16000)＝93.75％，每吨原材料折损：16000-1500＝1.45万元；铜合金***为66650元每吨，回收废铜价折损10％铜价约为6665元，因此，铜合金在成本上要优于316不锈钢。
由图1可以看出经过高温性能对比实施例1中的铜合金各个温度阶段都高于纯铜。
实施例1-3的机械力学性能如表2所示：
表2实施例1-3的机械力学性能
Figure BDA0003021110180000101
由表2可以看出，实施例2中的铜合金机械力学性能较实施例1中略微有所提高，因此通过底吹顶部磁搅拌法比人工搅拌的熔炼出来的金属更加均匀，同时也能让金属熔液更加充分熔化，冷却后成型金属的物理性能更加优良；实施例3中的铜合金机械力学性能较实施例1中明显提高且电导率大幅提升，超声波冷锻渗氮法处理后的铜合金各项性能均有所提高。
实施例1、4、5的机械力学性能如表3所示：
表3实施例1、4、5的机械力学性能
Figure BDA0003021110180000102
由表3可以看出，改变炉料中各个元素的成分及含量，对铜合金的机械力学性能有所影响，当Cu含量高时，电导率提高，但3组铜合金的电导率均在较高的水平；提高其他元素的含量，则硬度和抗拉强度提高，但其他元素含量过高时会对屈服强度造成负面影响，因此实施例4中的元素配比最为合理。
实施例1、6、7的机械力学性能如表4所示：
表4实施例1、4、5的机械力学性能
Figure BDA0003021110180000111
由表4可以看出，改变步骤S2、S3中加热功率与保温温度对铜合金的机械力学性能影响较小，将加热功率和保温温度控制在实施例6中设定的值最为合理。
实施例1、8、9的机械力学性能如表5所示：
表5实施例1、8、9的机械力学性能
Figure BDA0003021110180000112
由表5可以看出，改变步骤S4-6中加热功率与保温温度对铜合金的机械力学性能影响较小，只需要将加热功率与保温温度控制在合理范围内即可。

Claims (10)

1.一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1备料：将需要进行熔炼的炉料准备备用，所述炉料中各个元素的成分及质量含量为：Cr 25％、Zr 3-15％、Si 1-3％、Mg 1-2％、稀土1-8％、石墨烯负载Ce粉体1-5％、Cu余量，其中，Cr和Zr以中间合金铜板的形式加入；
S2装炉熔化：将称量好的玻璃和由氟化钠粉末与氟化钙粉按1：1的质量比组成的熔剂加入炉底，然后加入片状铜板垫底，以320KW±10KW的加热功率启动冷炉，升温至600-800℃后保温20min，然后以600KW±10KW的加热功率升温至1100-1200℃，保温20min，待铜板开始熔化后加入块状的Cu回炉料和碎屑状的Cu炉料，并保证炉腔内持续有熔化层、加热层和预热层，待炉料熔化后加入Cu导条小料；
S3升温加料：以850KW±10KW的加热功率升温至1250℃，按照步骤S1中的质量比依次加入Si、Mg、稀土和石墨烯负载Ce粉体，保温直至熔液熔清；
S4除气检测：在熔液熔清后，取少量熔液样品进行原铜液中Cr成分含量检测，同时保持850KW±10KW的加热功率开始通氩气除气15分钟，氩气压力保持在7Pa；
S5加Cr熔炼：除气结束后根据计算的Cr含量确定Cr加入量进行成分调整，加入Cr块后以大功率搅拌速度搅拌15min，同时以850KW±10KW的加热功率升温至1340±40℃并取样，检测调整后熔液中Cr成分含量，直至达到所需的Cr成分含量；
S6脱氧出炉：Cr成分含量调整完成后加入3.2Kg铜镁合金进行脱氧，脱氧结束后出炉，出炉温度控制在1310℃-1400℃；
S7后处理：将铜合金经铸锭、制坯、超声波冷锻渗氮法处理以及机加工处理后，得到单晶硅水冷交换器。
2.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S1中石墨烯负载Ce粉体的制备方法为：取氧化石墨烯与CeCl3·H2O质量比为3:1混合均匀后，加入到水浴坩埚中在150℃条件下水浴加热20h，洗涤后在-20℃条件下冷冻干燥10h得到石墨烯负载Ce粉体。
3.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中所述熔剂质量为5±1Kg，熔剂的质量小于总炉料质量的5％。
4.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中玻璃加入量为25Kg±2Kg。
5.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中当冷炉启动时避免加入碎屑状的炉料，所述Cu导条垂直加入炉内。
6.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中当炉体启动的同时打开炉口燃气保护，直至炉料全部熔化，玻璃均匀覆盖液面为止。
7.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S4、S5中Cr成分含量检测公式为：Cr块加入量＝目标Cr含量与炉前测Cr含量的差值3溶体重量。
8.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S5中搅拌方式为底吹顶部磁搅拌法，所述底吹顶部磁搅拌法在炉底鼓入氩气搅动，在顶部采用电磁搅拌对熔液进行混合搅拌，搅拌速度为200r/min，氩气压力保持在5Pa。
9.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S7中铸锭直径为360mm。
10.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用铜合金制造工艺，其特征在于，所述步骤S7中超声波冷锻渗氮法包括以下步骤：
S1超声波预处理：使用频率为30Hz、振幅为20μm的超声波振动通过冲头作用在水冷换热器的内壁，使内壁发生剧烈塑性变形以实现表面纳米化，冲头直径0.2mm，冲击次数19820次/mm2；
S2冷锻处理：冷锻的工艺参数为：锻压速度为6mm/s，旋锻角度为45°，冷锻厚度偏差为0.1mm，温度为25℃；
S3离子渗氮处理：将冷锻处理后的水冷换热器放入渗氮炉内，抽真空至4Pa，检测漏气率小于0.2Pa/min后，在500℃±5℃的温度条件下以氨气作为氮源进行渗氮，渗氮后的水冷换热器在300Pa的氨气气氛下随炉冷却。
CN202110402971.9A 2021-04-15 2021-04-15 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺 Active CN113293322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110402971.9A CN113293322B (zh) 2021-04-15 2021-04-15 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110402971.9A CN113293322B (zh) 2021-04-15 2021-04-15 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113293322A CN113293322A (zh) 2021-08-24
CN113293322B true CN113293322B (zh) 2022-01-28

Family

ID=77319758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110402971.9A Active CN113293322B (zh) 2021-04-15 2021-04-15 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113293322B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107709600A (zh) * 2016-05-13 2018-02-16 三芳合金工业株式会社 高温钎焊性优异的铜合金管及其制造方法
EP3521463A1 (en) * 2016-09-29 2019-08-07 UACJ Corporation Highly corrosion-resistant copper pipe
CN111705238A (zh) * 2020-07-20 2020-09-25 华东交通大学 一种高强高导耐热铜合金材料
CN112575213A (zh) * 2020-10-14 2021-03-30 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种铜合金材料制备激光涂覆喷头的金属加工工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107709600A (zh) * 2016-05-13 2018-02-16 三芳合金工业株式会社 高温钎焊性优异的铜合金管及其制造方法
EP3521463A1 (en) * 2016-09-29 2019-08-07 UACJ Corporation Highly corrosion-resistant copper pipe
CN111705238A (zh) * 2020-07-20 2020-09-25 华东交通大学 一种高强高导耐热铜合金材料
CN112575213A (zh) * 2020-10-14 2021-03-30 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种铜合金材料制备激光涂覆喷头的金属加工工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113293322A (zh) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105177215B (zh) 一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺
CN101993973B (zh) 一种生产高纯度纯铁的方法
CN101280366B (zh) 再生铝低温熔炼法
CN108486313B (zh) 一种提升耐热钢晶间纯净度的熔炼工艺
CN112410592B (zh) 一种铝合金焊材铸锭的制备方法
CN114318109B (zh) 一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法
CN112430767B (zh) 一种大规格空心铸锭及铸锭方法
CN111004937A (zh) 一种抗热腐蚀铸造镍基高温合金的纯净化冶炼工艺
CN109136753A (zh) 一种p80高镜面塑料模具钢板的制造方法
CN112795720A (zh) 一种双联转炉法生产工业纯铁的方法
CN1164782C (zh) 真空感应熔炼Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形状记忆合金的工艺
CN109252084B (zh) 一种高纯净gh825合金细晶板材的制备工艺
CN112410573B (zh) 用于冶炼含Ce的Fe-Ni软磁合金的渣系及其使用方法
CN116422853B (zh) 一种模具钢及其连铸生产方法
US20230100820A1 (en) Iron-aluminum alloy and preparation method therefor
CN113293322B (zh) 一种基于单晶硅冶炼的水冷交换器用新型铜合金制造工艺
CN110241342B (zh) 一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法
CN111139364A (zh) 一种40吨以上9Ni大型钢锭的制造方法
CN114318165B (zh) 一种精确控制硼、氮元素的转子合金的制备方法
CN113337781B (zh) 一种解决sphc+b热轧钢带翘皮的方法
CN108950134A (zh) 冷轧辊用电渣锭的重熔方法
CN113430449B (zh) 含硫易切削钢astm1141冶炼及连铸生产工艺
CN104259240B (zh) 一种18Ni-200钢棒及其制备方法
CN113718104A (zh) 一种低氧高钛铁合金制备工艺
CN112575213A (zh) 一种铜合金材料制备激光涂覆喷头的金属加工工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant