CN115418510B - 一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法，涉及板材制备技术领域，所述装置包括：真空保护装置、第一腔体、熔炼容器、电磁线圈和板材成型装置；熔炼容器和板材成型装置均设置在第一腔体中，真空保护装置与第一腔体通过管道连接；电磁线圈设置在熔炼容器的外壁上；真空保护装置将第一腔体抽成真空，并向第一腔体中通入保护气体；电磁线圈对熔炼容器进行加热；熔炼容器盛放铜和合金，并在电磁线圈的加热下，使得铜和合金由固态变为液态，得到铜合金液，并将铜合金液倒入板材成型装置中；板材成型装置对铜合金液进行定型，得到铜合金板材。本发明在真空中熔炼铜和合金，不仅减少了铜合金板材的制备流程，还提高了铜合金板材的品质。

Description

一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法
技术领域
本发明涉及板材制备技术领域，特别是涉及一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法。
背景技术
传统的铜合金型材一般需要熔炼-多道次变形-热处理-表面处理等步骤，为了达到理想的组织和性能，变形过程包括热粗轧-热中轧-热精轧-冷精轧等十几个道次，轧制后需要相应的热处理过程，整个工艺投资大，成本高，生产线长，且能耗高，不符合目前节能降碳绿色生产的目标。如图2所示，制备普通黄铜的薄带材需要至少20个步骤才能得到成型板材，对于高端的铜薄带材，步骤更为繁琐。
现有技术中，若要实现铜合金的短流程制备，大多采用非真空垂直铸轧手段，但非真空熔炼铜合金易氧化吸气，并伴随着低熔点合金元素的烧损，因此铜合金成品中气孔和氧化物夹杂多，质量差。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法，减少铜合金板材的制备流程的同时提高铜合金板材的品质。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种真空制备易氧化铜合金板材的装置，包括：真空保护装置、第一腔体、熔炼容器、电磁线圈和板材成型装置；
所述熔炼容器和所述板材成型装置均设置在所述第一腔体中，所述真空保护装置与所述第一腔体通过管道连接；所述电磁线圈设置在所述熔炼容器的外壁上；
所述真空保护装置用于将所述第一腔体抽成真空，并向所述第一腔体中通入保护气体；
所述电磁线圈用于对所述熔炼容器进行加热；
所述熔炼容器用于盛放铜和合金，并在所述电磁线圈的加热下，使得所述铜和所述合金由固态变为液态，得到铜合金液，并将所述铜合金液倒入所述板材成型装置中；
所述板材成型装置用于对所述铜合金液进行定型，得到铜合金板材。
可选地，所述真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：热电偶；所述热电偶设置在所述熔炼容器的侧壁的开槽中；
所述热电偶用于测量所述熔炼容器的内部温度。
可选地，所述真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：超声装置；
当所述熔炼容器的内部温度高于第一温度时，所述超声装置对所述铜合金液进行超声处理；所述第一温度大于所述铜合金液的液相线；所述第一温度与所述铜合金液的液相线的差值处于预设温度范围内。
可选地，所述真空保护装置包括：真空装置；所述真空装置通过第一管道与所述第一腔体连接；
所述真空装置用于将所述第一腔体抽成真空。
可选地，所述真空保护装置包括：保护气瓶；所述保护气瓶通过第二管道与所述第一腔体连接；
所述保护气瓶用于向所述第一腔体中通入保护气体。
可选地，所述板材成型装置包括：流槽和水冷轧辊；所述水冷轧辊设置在所述流槽的出口处；
所述流槽用于盛放所述熔炼容器在所述内部温度达到所述铜合金液的浇注温度时，倒入的所述铜合金液；
所述水冷轧辊用于对由所述流槽流入的所述铜合金液冷却定型，得到所述铜合金板材。
可选地，所述真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：第二腔体、水冷轧辊、牵引装置和收卷装置；所述第二腔体与所述第一腔体连通；所述水冷轧辊设置在所述第一腔体中，所述牵引装置设置在所述第二腔体中；所述水冷轧辊、所述牵引装置和所述收卷装置按照所述铜合金液的流向依次设置在所述流槽的出口处；
所述牵引装置用于将所述铜合金板材送出所述第二腔体；
所述收卷装置用于收纳所述铜合金板材。
可选地，所述真空装置包括：真空泵和真空阀；
所述真空泵的一端与所述第一腔体连接，所述真空泵的另一端与所述真空阀的一端连接，所述真空阀的另一端与所述第一腔体连接。
可选地，所述保护气体为氩气。
一种真空制备易氧化铜合金板材的方法，所述方法应用于上述任一项所述的真空制备易氧化铜合金板材的装置，所述方法包括：
将铜原料放置在熔炼容器中；
将第一腔体和第二腔体设置成真空环境；
对所述铜原料进行熔炼；
当所述熔炼容器的内部温度达到1200℃时，按设定比例添加合金固体，继续加热熔炼，得到铜合金液；
倾转所述熔炼容器，将所述铜合金液倒入流槽，并通过所述流槽进入水冷轧辊的缝隙，在所述水冷轧辊的冷却作用下成型，得到铜合金板材。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法，装置包括：真空保护装置、第一腔体、熔炼容器、电磁线圈和板材成型装置；熔炼容器和板材成型装置均设置在第一腔体中，真空保护装置与第一腔体通过管道连接；电磁线圈设置在熔炼容器的外壁上；真空保护装置将第一腔体抽成真空，并向第一腔体中通入保护气体；电磁线圈对熔炼容器进行加热；熔炼容器盛放铜和合金，并在电磁线圈的加热下，使得铜和合金由固态变为液态，得到铜合金液，并将铜合金液倒入板材成型装置中；板材成型装置对铜合金液进行定型，得到铜合金板材。本发明在真空中熔炼铜和合金，减少了铜的氧化，不仅减少了铜合金板材的制备流程，还提高了铜合金板材的品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的真空制备易氧化铜合金板材的装置示意图；
图2为采用传统方法制备普通黄铜的薄带材的流程图；
图3为本发明实施例提供的真空制备易氧化铜合金板材的方法流程图。
附图说明：1-第一腔体，2-熔炼容器，3-电磁线圈，4-超声装置，5-保护气瓶，6-流槽，7-水冷轧辊，8-第二腔体，9-牵引装置，10-收卷装置，11-真空泵，12-真空阀，13-电阻丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种真空制备易氧化铜合金板材的装置及方法，旨在减少铜合金板材的制备流程的同时提高铜合金板材的品质，可应用于板材制备技术领域。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的真空制备易氧化铜合金板材的装置示意图。如图1所示，本实施例中的真空制备易氧化铜合金板材的装置，包括：真空保护装置、第一腔体1、熔炼容器2、电磁线圈3和板材成型装置。
熔炼容器2和板材成型装置均设置在第一腔体1中，真空保护装置与第一腔体1通过管道连接；电磁线圈3设置在熔炼容器2的外壁上。
真空保护装置用于将第一腔体1抽成真空，并向第一腔体1中通入保护气体。
电磁线圈3用于对熔炼容器2进行加热。
熔炼容器2用于盛放铜和合金，并在电磁线圈3的加热下，使得铜和合金由固态变为液态，得到铜合金液，并将铜合金液倒入板材成型装置中。
板材成型装置用于对铜合金液进行定型，得到铜合金板材。
作为一种可选的实施方式，真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：热电偶；热电偶设置在熔炼容器2的侧壁的开槽中；
热电偶用于测量熔炼容器2的内部温度。
作为一种可选的实施方式，真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：超声装置4。
当熔炼容器2的内部温度高于第一温度时，超声装置4对铜合金液进行超声处理；第一温度大于铜合金液的液相线；第一温度与铜合金液的液相线的差值处于预设温度范围内。
具体的，超声装置4为可升降超声装置。
具体的，预设温度范围为50℃-100℃。
作为一种可选的实施方式，真空保护装置包括：真空装置；真空装置通过第一管道与第一腔体1连接。
真空装置用于将第一腔体1抽成真空。
作为一种可选的实施方式，真空保护装置包括：保护气瓶5；保护气瓶5通过第二管道与第一腔体1连接。
保护气瓶5用于向第一腔体1中通入保护气体。
作为一种可选的实施方式，板材成型装置包括：流槽6和水冷轧辊7；水冷轧辊7设置在流槽6的出口处。
流槽6用于盛放熔炼容器2在内部温度达到铜合金液的浇注温度时，倒入的铜合金液；
水冷轧辊用于对由流槽8流入的铜合金液冷却定型，得到铜合金板材。
具体的，真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：控制器(图2中未给出)和倾倒装置(图2中未给出)；热电偶和倾倒装置均与控制器连接，熔炼容器2设置在倾倒装置上；热电偶将熔炼容器2的内部温度发送至控制器，当熔炼容器2的内部温度达到铜合金液的浇注温度时，控制器输出控制信号，控制倾倒装置工作，使得熔炼容器2将铜合金液倒入流槽6的进口处(此时，熔炼容器2的位置如图2中的空的熔炼容器所示)。
作为一种可选的实施方式，真空制备易氧化铜合金板材的装置还包括：第二腔体8、水冷轧辊7、牵引装置9和收卷装置10；第二腔体8与第一腔体1连通；水冷轧辊7设置在第一腔体1中，牵引装置9设置在第二腔体8中；水冷轧辊7、牵引装置9和收卷装置10按照铜合金液的流向依次设置在流槽6的出口处。
牵引装置9用于将铜合金板材送出第二腔体8。具体的，牵引装置9为牵引辊。
收卷装置10用于收纳铜合金板材。
作为一种可选的实施方式，真空装置包括：真空泵11和真空阀12。
真空泵11的一端与第一腔体1连接，真空泵11的另一端与真空阀12的一端连接，真空阀12的另一端与第一腔体1连接。
作为一种可选的实施方式，保护气体为氩气。
作为一种可选的实施方式，熔炼容器2为熔炼坩埚。
真空制备易氧化铜合金板材的装置的工作流程为：
(1)将铜原料(固态)放置在坩埚中，使用真空泵11将炉腔(第一腔体1和第二腔体8)抽真空至10-2Pa，保护气瓶5对炉腔充氩气保护。
(2)通过电磁线圈3感应加热对铜原料进行熔炼，同时，利用电阻丝13将流槽6预热至800℃。
(3)当热电偶测得的熔炼温度(即熔炼装置(熔炼坩埚)的内部温度)为1200℃时，按设定比例添加合金固体，继续加热熔炼，得到铜合金液，从添加完合金固体开始算起，熔炼时间为5-20min。
(4)熔炼充分后，将熔炼温度调整至液相线(铜合金液的液相线，配制不同铜合金，由于合金元素不同，合金的液相线不同)以上50℃-100℃(，下降超声工具头(即超声装置4)，对铜合金液进行5-10min的超声处理，作用是除气、除杂、改善铜合金液内金属与增强颗粒的润湿性，减少微量元素及强化相的偏聚。
(5)超声处理结束后，上升超声工具头，测量并控制铜合金液温度达到浇注温度(通过调节电磁线圈3加热的功率，功率大温度高，功率小温度下降)，浇注温度约为液相线上100℃。
(6)倾转熔炼坩埚，将铜合金液流入流槽6，并通过流槽6进入轧辊缝隙，在水冷轧辊7的冷却作用下成型。
(7)成型的铜合金板材由牵引辊(牵引装置9)带动，通过过渡区(第二腔体8)，可使用收卷装置10在炉外收卷(第二腔体8两端配有真空法兰，以确保在铜合金板材拉出的过程中，空气无法进入真空腔体)，也可以在炉外自然放置。
(8)待全部板材冷却成型后，关闭装置。
Cu-TiB2颗粒增强铜合金板材：
正常熔炼和凝固过程中，TiB2(二硼化钛)颗粒有充分的时间长大，铸锭中TiB2颗粒一般为100-200μm，且容易团聚，在后续的变形和热处理过程中，颗粒尺寸不会发生变化。
利用本发明的装置制备的Cu-TiB2板材，
(1)在浇注前使用超声处理，可促进TiB2的反应，促进TiB2的形核，有利于细化TiB2颗粒，同时超声处理有利提高TiB2和Cu的润湿性，促进TiB2在熔体中的均匀分布。
(2)熔炼后进行快速凝固，TiB2颗粒尺寸1-8μm，细化效果明显。
Cu-Cr(铬)-Zr(锆)合金板材：
非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金，Cr和Zr特别是Zr元素易烧损，并且由于添加量较少(少于1％(质量分数))，元素在铸锭中易偏聚，初生相尺寸粗大。
图3为本发明实施例提供的真空制备易氧化铜合金板材的方法流程图。如图3所示，本实施例中的真空制备易氧化铜合金板材的方法，方法应用于真空制备易氧化铜合金板材的装置，方法包括：
步骤101：将铜原料放置在熔炼容器中。
步骤102：将第一腔体和第二腔体设置成真空环境。
步骤103：对铜原料进行熔炼。
步骤104：当熔炼容器的内部温度达到1200℃时，按设定比例添加合金固体，继续加热熔炼，得到铜合金液。
步骤105：倾转熔炼容器，将铜合金液倒入流槽，并通过流槽进入水冷轧辊的缝隙，在水冷轧辊的冷却作用下成型，得到铜合金板材。
利用发明中的装置，熔炼过程中使用超声处理，可促进Cr和Zr的均匀分布，细化初生相。同时利用快速成型技术实现了Cu-Cr-Zr合金的短流程制备，大幅缩减了工艺流程，节约了时间和成本。
除上述合金板材的制备之外，本发明提供的装置可以制备铜合金板带材，还可以用铝合金、镁合金、非晶材料等易氧化材料的板带材制备。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种真空制备易氧化铜合金板材的装置，其特征在于，包括：真空保护装置、第一腔体、熔炼容器、电磁线圈和板材成型装置；
所述熔炼容器和所述板材成型装置均设置在所述第一腔体中，所述真空保护装置与所述第一腔体通过管道连接；所述电磁线圈设置在所述熔炼容器的外壁上；
所述真空保护装置用于将所述第一腔体抽成真空，并向所述第一腔体中通入保护气体；
所述电磁线圈用于对所述熔炼容器进行加热；
所述熔炼容器用于盛放铜和合金，并在所述电磁线圈的加热下，使得所述铜和所述合金由固态变为液态，得到铜合金液，并将所述铜合金液倒入所述板材成型装置中；
所述板材成型装置用于对所述铜合金液进行定型，得到铜合金板材；
所述真空制备易氧化铜合金板材的装置，还包括：热电偶；所述热电偶设置在所述熔炼容器的侧壁的开槽中；
所述热电偶用于测量所述熔炼容器的内部温度；
所述真空制备易氧化铜合金板材的装置，还包括：超声装置；
当所述熔炼容器的内部温度高于第一温度时，所述超声装置对所述铜合金液进行超声处理；所述第一温度大于所述铜合金液的液相线；所述第一温度与所述铜合金液的液相线的差值处于预设温度范围内；
所述板材成型装置包括：流槽和水冷轧辊；所述水冷轧辊设置在所述流槽的出口处；
所述流槽用于盛放所述熔炼容器在所述内部温度达到所述铜合金液的浇注温度时，倒入的所述铜合金液；
所述水冷轧辊用于对由所述流槽流入的所述铜合金液冷却定型，得到所述铜合金板材；
所述真空制备易氧化铜合金板材的装置，还包括：
第二腔体、水冷轧辊、牵引装置和收卷装置；
所述第二腔体与所述第一腔体连通；所述水冷轧辊设置在所述第一腔体中，所述牵引装置设置在所述第二腔体中；所述水冷轧辊、所述牵引装置和所述收卷装置按照所述铜合金液的流向依次设置在所述流槽的出口处；
所述牵引装置用于将所述铜合金板材送出所述第二腔体；
所述收卷装置用于收纳所述铜合金板材；
真空制备易氧化铜合金板材的装置的工作流程为：
将铜放置在熔炼容器中，使用真空保护装置将第一腔体和第二腔体抽真空至10-2Pa，并对第一腔体和第二腔体充氩气保护；
通过电磁线圈感应加热对铜进行熔炼，同时，将流槽预热至800℃；
当热电偶测得的熔炼容器的内部温度为1200℃时，按设定比例添加合金，继续加热熔炼，得到铜合金液，从添加完合金固体开始算起，熔炼时间为5-20min；
熔炼充分后，将内部温度调整至液相线以上50℃-100℃，下降超声装置，对铜合金液进行5-10min的超声处理；
超声处理结束后，上升超声装置，测量并控制铜合金液温度达到浇注温度，浇注温度为液相线上100℃；
倾转熔炼容器，将铜合金液流入流槽，并通过流槽进入轧辊缝隙，在水冷轧辊的冷却作用下成型；
成型的铜合金板材由牵引装置带动，通过第二腔体，使用收卷装置在炉外收卷；
待全部板材冷却成型后，关闭装置。
2.根据权利要求1所述的真空制备易氧化铜合金板材的装置，其特征在于，所述真空保护装置包括：真空装置；所述真空装置通过第一管道与所述第一腔体连接；
所述真空装置用于将所述第一腔体抽成真空。
3.根据权利要求1所述的真空制备易氧化铜合金板材的装置，其特征在于，所述真空保护装置包括：保护气瓶；所述保护气瓶通过第二管道与所述第一腔体连接；
所述保护气瓶用于向所述第一腔体中通入保护气体。
4.根据权利要求2所述的真空制备易氧化铜合金板材的装置，其特征在于，所述真空装置包括：真空泵和真空阀；
所述真空泵的一端与所述第一腔体连接，所述真空泵的另一端与所述真空阀的一端连接，所述真空阀的另一端与所述第一腔体连接。
5.一种真空制备易氧化铜合金板材的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4任一项所述的真空制备易氧化铜合金板材的装置，所述方法包括：
将铜原料放置在熔炼容器中；
将第一腔体和第二腔体设置成真空环境；
对所述铜原料进行熔炼；
当所述熔炼容器的内部温度达到1200℃时，按设定比例添加合金固体，继续加热熔炼，得到铜合金液；
倾转所述熔炼容器，将所述铜合金液倒入流槽，并通过所述流槽进入水冷轧辊的缝隙，在所述水冷轧辊的冷却作用下成型，得到铜合金板材。
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