铝热还原-电磁铸造法制备大尺寸CuCr合金中多元夹杂物赋存状态及去除机理研究

CuCr合金是一种难混溶合金，是用于高电压、大容量条件下理想的触头材料，针对CuCr合金传统制备法存在的缺点，尤其是无法制备大尺寸CuCr合金。铝热还原-电磁铸造成功制备出大尺寸铜铬合金铸锭，但是合金存在以下质量缺陷：CuO、Cr2O3还原不彻底，造成合金中氧含量高；合金中Al2O3、CuO、Cu2O等含氧多元夹杂物过多，导致合金中Al残留高，氧含量进一步增高；合金中存在明显的气孔缺陷。针对以上问题，本项目通过系统研究铝热还原-电磁铸造过程中氧和Al2O3等多元含氧夹杂物的遗传规律和控制机理，夹杂物的种类和赋存状态对液液分离、组织相变的影响，熔炼渣与夹杂物的化学亲和性，金渣界面反应，电磁搅拌去除夹杂物的机理和对液液分离和第二相析出的影响；强制冷却对液液分离和第二相析出的影响规律。为热还原-电磁铸造法工业化制备大尺寸CuCr合金提供科学依据。

按照项目任务计划书要求，完成了全部研究内容，具体包括：系统研究了铝热还原-电磁铸造过程中氧和含氧多元夹物组成结构、赋存状态和分布规律及夹杂物在各阶段的遗传规律；考察了反应物配比、熔炼渣组成、物性等对金渣分离效果、铝热还原过程和夹物组成、赋存状态的影响规律；系统考察了电磁搅拌速度、时间、搅拌方式对金渣分离和夹杂物去除机理的影响规律，电磁搅拌工艺条件对熔体中第二相析出和粗化的影响；系统考察了强制冷却速度、铸锭尺寸、铸模等因素对合金熔体中第二相析出和粗化的影响；明确了夹杂物种类、赋存状态，电磁搅拌、强制冷却和铸锭尺寸等相关因素对合金熔体中液-液分离，第二相析出和粗化的影响及调控机理。. 项目执行过程中进行的创新性研究：（1）将图像处理技术等引入到CuCr合金中夹杂物及缺陷分布研究中，丰富了关于、铜铬合金中夹杂物研究手段；（2）将真空自耗电弧精炼工艺与铝热还原工艺相结合，制备氧化物颗粒弥散分布的大尺寸均质致密难混溶CuCr合金的制备；（3）发明了铝热还原--熔渣精炼低成本制备大尺寸纳米块体铜基合金的短流程新工艺，为块体纳米铜合金的低成本制备开辟了新途径。. 项目执行过程中取得的标志性成果：(1)考察了铝热还原-电磁铸造工艺条件对大尺寸铜铬合金中夹杂物赋存状态、分布规律的影响，建立了其调控机制，成功制备出直径为30-50mm，高度200-300mm的大尺寸均质CuCr25、CuCr50系列合金铸锭，实现了大尺寸均质合金铸锭的技术突破。 （2）将真空自耗电弧精炼工艺与铝热还原工艺相结合，开发出铝热还原-真空自耗电弧精炼法制备氧化物颗粒弥散分布的大尺寸均质致密难混溶CuCr合金铸锭的新工艺，成功制备出50-80mm，高度200-300mm的大尺寸均质CuCr合金铸锭。（3）发明了铝热还原-熔渣精炼制备大尺寸纳米块体铜基合金新技术，成功制备出直径50mmCuCr50、直径70mmCuCr25、直径80mmCuFe50纳米块体均质铜基难混溶合金。. 发表论文12篇，其中Ei收录5篇；申请国家发明专利3项（已递交申请）；培养博士研究生1名、硕士研究生3名；项目研究骨干豆志河，获首届中国高校冶金院长高层论坛-青年教师奖（2012年）。