赵美 王晓民 苏阳
营口理工学院材料科学与工程学院 辽宁 营口 115000
摘要：Cu-Cr-Zr的合金如今被广泛用作于高强度、高导电功能的材料,而且其在研究和推广方面也取得了重要的成果。基于此,本篇文章用非真空铸造方法制作的Cu-Cr-Zr合金,再结合光谱仪等实验方法及设备观察,具体分析了合金材料的组织和性能,以期能够帮助到更多的电子零件工作者们。
关键词：Cu-Cr-Zr；合金；熔炼工艺
时代在不断的进步和发展着,而且又伴随着电子行业的快速升级，同时也增加了对高强度、高导电铜合金的更多需求。其中最典型的就是Cu-Cr-Zr的合金，目前是越来越受到电子工业的喜爱了。Cu-Cr-Zr合金在经过一定的加工处理之后，强度、硬度、导电、导热和耐腐蚀性都得到了一定程度上的提高,所以Cu-Cr-Zr合金在市场上又广泛的应用和发展前途。但是在生产Cu-Cr-Zr合金的过程中，一般采用方法是真空熔炼，这种方法一般对技术的要求比较的高，且生产的成本也高于市场行情。因此对Cu-Cr-Zr合金的真空熔炼技术展开讨论改进是非常又意义的，为了更彻底的了解和解决非真空熔炼存在的一些问题，对不同成分的几种Cu-Cr-Zr合金进行了实验,在进行实验的同时，对铸造过程中的均匀化和熔炼后的组织和性能要及时地观察纪律。[1]
1、目前Cu-Cr-Zr合金研究仍存在的问题和困难
1.1 Cu-Cr-Zr合金的制备形式
采用恰当合适的冶炼形式,主要是在非真空条件下进行冶炼，因为Cu-Cr-Zr的合金冶炼的工艺还不太成熟，存在这很多的问题，主要的问题有合金的元素极易的燃烧，所造的产品缺陷很多，质量不稳定等。
1.2 时效强化和形变强化
在进行合金强化的过程当中，又分为时效强化和形变强化，这两种强化都对固溶时效温度的范围有明确的要求，如果能够满足其要求的话，就能达到更进一步的提高Cu-Cr-Zr合金的质量和性能。另外还需要重点研究的就是形变量的变化，它对于Cu-Cr-Zr合金性能的影响也是比较的大。
1.3 Cu-Cr-Zr合金组织性能
关于合金元素对铜铬锆合金组织和性能影响的研究还不完善。如何严格控制合金元素的用量，解决合金元素的烧损，仍然是科研工作者的难题。
2、Cu-Cr-Zr合金的铸造特性
在非真空条件下，熔炼纯铜非常困难，很难防止氧化吸入，尤其是Cr和Zr的加入，更是给Cu-Cr-Zr合金的熔炼增加了一定的难度。究其原因，是因为除铜外，另外两种金属的燃点非常低。另外，Cr和Zr的密度小于Cu，熔炼时浮在Cu上，难以进入基体，而且可以明显发现这两种金属因为燃点低，所以在铸造时会出现大面积，甚至严重的损伤。就此问题，又研究出了真空熔炼的方法和电弧熔炼的方法等，并且都取得了不错的成绩,但是真空熔炼工艺对技术的要求是相当高的,熔炼时还需要设置相应的保护设施,一般的高炉是难以冶炼的,并且冶炼成本增加,因此,在非真空铸造Cu-Cr-Zr合金上受到了广泛的关注。
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3、在非真空情况下Cu-Cr-Zr合金的熔炼工艺
在真空中熔炼Cu-Cr-Zr合金是需要满足很多较高的条件的，而且这其中投资的成本和消耗的人力也是非常多的，因此，有必要去探索在非真空情况下去完成Cu-Cr-Zr合金的熔铸工艺，还能在生产的成本上节省许多，为其他环节的工作带来更多的资金投入。在非真空熔炼的过程当中，Cr和Zr的密度小于Cu的密度，因此当合金溶解时，它很容易在Cu液体的表面上漂浮，并且人工气体难以流入，因此将Cr和Zr元素添加到中间合金中以溶解在包装中以改善合金元素的产量。纯铜用于冶炼原料，木炭，石墨，CaF2等用作覆盖剂，Cu-Mg合金用作脱氧剂。
具体的冶炼过程如下：首先，烘箱（实际情况决定烘箱的时间长短）烘箱的设计旨在去除熔炉中可能存在的任何水分，并防止在冶炼过程中吸入合金液体。添加电解铜并迅速融化以提高温度，并添加足够干燥的覆盖剂（木炭和石墨粉）。电解铜完全溶解后，添加少量的Cu-Mg合金进行脱氧，然后将Cu-Cr和Cu-Zr合金溶解在袋中并完全溶解后倒出。在非真空条件下冶炼Cu-Cr-Zr合金通常使用中频电磁感应熔炉。它的优点是加热和熔化速度快，铜温度比较的均匀，对Cu-Cr-Zr合金化学成分的严格控制，可以通过功率的调节来进行调适温度的上升。
非真空条件的情况下，铸造Cu-Cr-Zr合金一般会有裂纹、气孔等方面的缺陷，这些缺陷时合金在铸造和加工过程中影响性能的主要原因，在有关实验数据表明，在非真空的环境中，Cu-Cr-Zr合金会有严重的频氧化情况出现，缺陷率也会有所上升，在生产中虽然有生产技术成俗、成本低的优点，但是在所生产的合金中还会存在，金属颗粒偏大，杂志含量比较高的情况，这是在接下来生产技术所要克服的主要问题。
4、关于Cu-Cr-Zr合金的热处理工艺
热处理工艺对具有高强度的Cu-Cr-Zr合金来说，在热处理的过程当中，这三种金属元素的性能都会受其损伤。所以，一定要对温度做出一个高标准和严要求来，要不然就会以失败而告终。尤其是要注意到这些细节，在低含量时，Cr和Zr不能完全溶解在铜气中，并且溶质含量降低，这可能会削弱最终的时效增强效果。较高的是合金的粗晶粒，合金元素在晶界偏斜，从而导致过热。随着在一定温度范围内的老化，显微硬度和抗拉强度总体上急剧增加，并在达到峰值后缓慢降低。在较高温度下老化会缩短达到最高温度所需的时间。合金的电导率主要受铜气体中所含溶解元素的量影响。气体中溶解元素的含量逐渐降低，气体变得越来越纯净，沉淀速度变慢。因此，合金的电导率首先迅速增加，然后出现缓慢增加的趋势。
另一方面，低温变形会在晶体中产生大量晶体缺陷，这些缺陷会导致晶格畸变和内部能量增加，溶质原子扩散速率增加，在随后的时效过程中促进沉积物形成并加速两相沉淀。另一方面，许多空位和电势将进一步帮助溶质原子的溶解，加速沉淀过程并在短时间内起到增强作用。而且，变形越大两个阶段的沉淀越快，时效后合金的导电性越好。但是，如果冷变形量太大的话，就会造成熔炼出的合金在质量上得不到保证的情况出现。因此，在进行冷化的过程中，一定要计算好各种数据，通过精准的预判，尤其是要控制好时间，让合金能够在最佳的时间内完成硬化和收工工作，确保合金的高品质质量。
结束语
从文章中的信息可以了解到，高强度，高导电率的Cu-Cr-Zr合金由于其优异的综合性能而具有广泛的发展潜力，因此在许多领域得到了广泛的应用，并且取得了不错的市场口碑。同时，快速凝固技术可以拓宽铜基合金元素的固溶极限，达到比传统铜合金更好的时效处理效果，为高强度，高电导率的Cu-Cr-Zr合金的制备和时效提供了新的领域。
参考文献：
[1]陈小波.热处理工艺对高强高导Cu-Cr-Zr系合金性能的影响[J].特种铸造及有色合金,2010(55)
[2]李金龙.高强高导电铜铬锆合金棒型材的非真空熔炼技术[J].世界有色金属,2018(12)
营口理工学院引进人才科研启动项目，项目编号：YJRC202008