一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法

摘要

本发明公开的一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，按照质量百分比称取1.0%～3%的Ti粉及45%的Ni粉，或者称取0.1%～0.3%的B粉及45%的Ni粉，或者称取1.0%～3%的CeO2粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的粉末混合，混粉时间为3h～5h；将混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块；放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材。本发明方法，成本低、耗时短、工艺简单、设备简单、容易实施。

权利要求

1.一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：按照质量百分比称取1.0%～3%的Ti 粉及45% 的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti 粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

或者按照质量百分比称取0.1%～0.3%的B粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

或者按照质量百分比称取1.0%～3%的CeO2粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的CeO2粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

步骤2：熔炼

将上步得到的Ti 粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

或者将上步得到的B粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

或者将上步得到的CeO2粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

步骤3：机加工

对步骤2得到的CuNi45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块；

步骤4：线材的制备

将步骤3得到的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材，所述的二次熔炼具体按照以下步骤实施：先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小于5Pa；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温。

2. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述的Ti 粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

3. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述的Ni粉粒度为50～200目，纯度为99.9%。

4. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述的铜棒纯度高于99.9%。

5. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述的B粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

6. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述的CeO2粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

7. 根据权利要求1所述的制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，其特征在于，所述步骤

2中的熔炼，具体按照以下步骤实施：先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以

10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温。

说明书

一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金制备技术领域，具体涉及一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法。

背景技术

[0002] CuNi45合金是制备热电偶和热电偶补偿导线材料的主要材料之一。当前，CuNi45合金线材主要的制备方法有拉拔法和挤压法。这两种方法所需要的设备和工艺复杂，耗费时间长，因此开发出成本较低，工艺简单且性能优越的CuNi45合金线材的制备方法具有现实意义。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，解决了现有方法制备CuNi45合金线材制备成本高，设备复杂，周期长的问题，同时通过添加微量元素细化线材组织中的晶粒，提高材料的热电性能。

[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，具体按照以下步骤实施：

[0005] 步骤1：按照质量百分比称取1.0%～3%的Ti 粉及45% 的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti 粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

[0006] 或者按照质量百分比称取0.1%～0.3%的B粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

[0007] 或者按照质量百分比称取1.0%～3%的CeO2粉及45%的Ni粉，余量为铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的CeO2粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

[0008] 步骤2：熔炼

[0009] 将上步得到的Ti 粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

[0010] 或者将上步得到的B粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

[0011] 或者将上步得到的CeO2粉与Ni粉混合粉末放入坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，进行熔炼，得到CuNi45合金铸锭；

[0012] 步骤3：机加工

[0013] 对步骤2得到的CuNi45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成合金块；

[0014] 步骤4：线材的制备

[0015] 将步骤3得到的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，进行二次熔炼，得到细晶粒CuNi45合金线材。

[0016] 本发明的特点还在于，

[0017] 其中的Ti 粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

[0018] 其中的Ni粉粒度为50～200目，纯度为99.9%。

[0019] 其中的铜棒纯度高于99.9%。

[0020] 其中的B粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

[0021] 其中的CeO2粉粒度为200～300目，纯度为99.99%。

[0022] 其中的步骤2中的熔炼，具体按照以下步骤实施：先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温。

[0023] 其中的步骤4中的二次熔炼，具体按照以下步骤实施：先对炉内抽真空，使得炉体内的真空度小于5Pa；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温。

[0024] 本发明的有益效果是，提供一种能够制备出合金组织均匀、晶粒比较细小的CuNi45合金线材的制备方法，且本发明方法成本低、耗时短、工艺简单、设备简单、容易实施。

附图说明

[0025] 图1是本发明制备方法的流程图；

[0026] 图2是本发明实施例2中添加1.0wt%Ti的CuNi45合金铸态SEM照片；

[0027] 图3是本发明实施例2中添加1.0wt%Ti的CuNi45合金铸态的线扫描照片；

[0028] 图4是图3中横线处Cu、Ni的浓度分布曲线图；

[0029] 图5是本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中制备的CuNi45合金线材的赛贝克系数曲线。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0031] 本发明制备细晶粒CuNi45合金线材的方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：

[0032] 步骤1：按照质量百分比称取1.0%～3%的粒度为200～300目纯度为99.99%的Ti 粉，及45%的粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99.9%的T2紫铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ti 粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

[0033] 或者按照质量百分比称取0.1%～0.3%的粒度为200～300目纯度为99.99%的B粉，及45%的粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99.9%的T2紫铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的B粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h；

[0034] 或者按照质量百分比称取1.0%～3%的粒度为200～300目纯度为99.99%的CeO2粉，及45%的粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉，余量为纯度高于99.9%的T2紫铜棒，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的CeO2粉与Ni粉混合，混粉时间为3h～5h。

[0035] 步骤2：熔炼

[0036] 将上步得到的Ti 粉与Ni粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合好的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～
70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭；

[0037] 或者将上步得到的B粉与Ni粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合好的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭；

[0038] 或者将上步得到的CeO2粉与Ni粉混合粉末放入刚玉坩埚中，然后将称取的铜棒放入混合好的粉末中，将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，得到CuNi45合金铸锭。

[0039] 步骤3：机加工

[0040] 对步骤2得到的CuNi45合金铸锭进行机加工，车去表皮除去杂质，再截取成适量合金块，用于线材的制备。

[0041] 步骤4：线材的制备

[0042] 将步骤3截取的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～
1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温，得到细晶粒CuNi45合金线材。

[0043] 实施例1

[0044] 按照CuNi45合金的化学成分质量百分比为Cu：Ni=55%：45%的比例称取粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉和纯度高于99.9%的T2紫铜棒，将称量好的Ni粉和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉内，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金进行机加工，车去表皮，用手锯截取适量的合金块用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。

[0045] 实施例2

[0046] 按照Ti：Ni=1.0%：45%的质量百分比称取粒度50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉和粒度为200～300目纯度为99.99%的Ti粉。再将Ni粉与Ti粉进行混合，混粉时间为3h～5h。然后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，粉末要松装放在刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金进行机加工，车去表皮，再用手锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～1270℃，保温
20～60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。

[0047] 如图2、图3及图4所示，可以看出添加1.0%Ti的合金试样，组织比较均匀，晶粒比较细小；如图5所示，可以看出添加1.0%Ti的试样与未添加合金元素的试样相比，塞贝克系数有所提高，塞贝克系数越高，材料的热电性能越好。

[0048] 实施例3 [0049] 按照B：Ni=0.1%：45%的质量百分比称取粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉和粒度为200～300目纯度为99.99%的B粉。再将B粉与Ti粉进行混合，混粉时间为3h～5h。然后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，粉末要松装放在刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对W-Ti合金进行机加工，车去表皮，用手锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～
1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。

[0050] 实施例4 [0051] 按照CeO2：Ni=1.0%：45%的质量百分比称取粒度为50～200目纯度为99.9%的电解纯Ni粉和纯度为99.99%的CeO2粉。再将Ni粉与CeO2粉进行混合，混粉时间为3h～5h。然后将混合好的粉末和Cu棒依次放入30ml的刚玉坩埚中，注意混合粉末要松装放在刚玉坩埚中，然后将坩埚置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对高温炉进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温，合金在烧结过程中不被附加任何压力。随后对合金进行机加工，车去表皮，用手锯截取适量的合金块，用于线材的制备；将截取适量的合金块放在石英漏斗中，将漏斗放在起支撑作用的石墨坩埚中，然后将坩埚放置于高温真空烧结炉中，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20℃/min，当炉内温度达到900℃时，再以10℃/min的加热速度继续升温，最终熔铸温度为1200～
1270℃，保温20～60min后，合金随炉冷却到室温；最后取出CuNi45合金线材。

[0052] 如图5所示，可以看出在四个实施例中，添加微量合金元素的试样与未添加CuNi45合金元素的试样相比，塞贝克系数均有所提高。表1为上述四个实施例制备出的CuNi45合金的二次枝晶臂间距：

[0053] 表1 四个实施例制备出的CuNi45合金的二次枝晶臂间距

[0054]实施例 实施例1实施例2实施例3实施例4
添加合金元素（wt%） 无 1.0%Ti 0.1%B 1.0%CeO2
二次枝晶臂间距（μm） 120 108 106 110

[0055] 本发明的发明点所在：

[0056] 1. Ti粉具有细化枝晶，减小枝晶偏析，改变第二相形态的作用；对于CuNi45合金，前期的实验表明：Ti的添加量<1.0%或>3%时，对合金组织的影响不明显；而添加1.0%～3%的Ti 粉，能够细化枝晶，减小枝晶偏析。

[0057] 2. B粉具有细化合金枝晶组织和改变第二相形态及分布，其主要原因是硼元素在合金中起到了强变质剂的作用。对于CuNi45合金，前期的实验表明：B的添加量<0.1%或>0.3%时，对合金组织的影响不明显；而添加0.1%～0.3%的B粉，能够明显达到细化枝晶，减小枝晶偏析的作用。

[0058] 3. CeO2在高温下能分解形成[Ce]和[O]。因此，在高温下CeO2也可以像单质Ce一样具有活泼的化学性质。一方面可以细化组织，另一方面可以改变杂质形态和分布；对于CuNi45合金，前期的实验表明：当添加CeO2粉<1.0%时，对合金组织的影响不明显；当添加CeO2>3.0%时，合金组织不致密。

[0059] 4. 熔炼的工艺参数为：先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min后，随炉自然冷却到室温；

[0060] 由于低温阶段所需要的热量少，高温阶段所需要的热量多，同时考虑到高温炉升温所允许的速度范围，以及为了使合金在高温阶段能够平稳的混合均匀，所以在低温阶段选择加热速度为20～30℃/min，高温阶段以10～15℃/min的加热速度继续升温；为了保证熔炼期间，既能够得到致密而均匀的合金，又能够保证合金元素不挥发损失，所以设定的最终熔炼温度为1300～1450℃，保温20～70min。

[0061] 5. 二次熔炼的工艺参数为：先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度小于5Pa；然后对炉内进行加热，控制加热速度为20～30℃/min，当炉内温度达到900～1000℃时，再以10～15℃/min的加热速度继续升温，最终熔炼温度为1200～1270℃，保温20～60min后，随炉自然冷却到室温；

[0062] 由于低温阶段所需要的热量少，高温阶段所需要的热量多，同时考虑到高温炉升温所允许的速度范围，以及为了使合金在高温阶段能够平稳的混合均匀，所以在低温阶段选择加热速度为20～30℃/min，高温阶段以10～15℃/min的加热速度继续升温；为了保证二次熔炼期间，既能够得到完整连续而致密均匀的合金线材，又能够不至于将漏斗坩埚烧坏，所以设定的最终熔炼温度为1200～1270℃，保温20～60min。