一种利用热等静压近净成型制备Cu-Cr-Mg-Zr-Ce高性能端环的方法转让专利
申请号 : CN202010442889.4
文献号 : CN111663062B
文献日 : 2021-04-16
发明人 : 马明月 , 庾高峰 , 张航 , 吴斌 , 李小阳 , 王聪利 , 张琦 , 靖林
申请人 : 陕西斯瑞新材料股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、配料混粉:
按照重量百分比:Cr:0.3wt%‑3.0wt%,Mg:0.03wt%‑1.3wt%,Zr:0.03wt%‑
1.0wt%,Ce:0.01wt%‑1.0wt%,Cu:余量,进行配料混粉,得到Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末;
S2、制作包套模具:
根据端环的形状和尺寸,制备相应的包套模具;
S3、装料:
将预先制备好的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末装入母材为Q235的包套中;
S4、除气、密封:
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将装好材料的包套放入脱气设备中,抽真空至10 Pa级别,再进行加热保温处理,然后密封;
S5、热等静压烧结:
将封装后的包套放入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行热等静压烧结;
S6、去除包套:
将经HIP烧结后的致密的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金去除包套;
S7、热处理:
采用氮气作为保护气氛,进行时效处理:380℃保温4h;
S8、局部精加工
通过适当的机加工得到所需尺寸的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金端环产品;
步骤S2中,所述包套模具的制备方法为:根据端环的形状和尺寸,利用三维建模软件设计出包套的三维模型;所述包套的材料按重量百分比计包括:WC陶瓷粉1‑3%、不锈钢粉余量;利用3D打印技术直接打印出包套模型,再进行高温烧结处理,然后在烧结处理包套模型表面喷涂界面保护材料,即制得包套;
所述界面保护材料为石墨涂层;
步骤S3装料方法为:先将混合粉料取一部分进行真空熔炼,并浇铸 制得小于所需端环高度或厚度尺寸1/10的合金块;按照一层合金块一层Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末的方式,将所述合金块装入包套中,合金块的装填率为70‑86%,在相邻的合金块及包套的缝隙之间填充的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末占10‑30%。
2.如权利要求1所述的一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,步骤S2中,所述包套模具的制备方法为:采用Q235钢为母材,先制作成一个钢管,然后焊接住一个底面,装完粉末后封住另外一个面。
3.如权利要求1所述的一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,步骤S2中,所述喷涂界面保护材料的喷涂次数为2‑3次,喷涂厚度为0.3‑
0.6mm。
4.如权利要求3所述的一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,所述真空熔炼的温度为1100‑1300℃,时间为4‑6h,真空度为‑0.2MPa。
5.如权利要求1所述的一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,步骤S4中,所述加热及保温处理具体为:加热到400‑600℃,保温6‑10h。
6.如权利要求1所述的一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环的方法,其特征在于,步骤S5中,热等静压工艺为:压力为100‑120MPa,保温时间为0.5‑3h,烧结温度为900‑1050℃。
说明书 :
一种利用热等静压近净成型制备Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce高性能端环
的方法
技术领域
背景技术
应力和运行时电机内的温升等情况。作用在转子上的应力主要有电磁应力、残余应力、热应
力、机械应力和环境应力等。电机的温升会使转子变形或断裂,因此要求转子材料不仅要求
较好的常温力学性能并且还要有一定的高温力学性能。同时由于电动机的启动转矩和负载
转矩都很大,要求转子系统要求适宜的电导率,防止电机温升过高。总而言之,由于转子转
速大、温度高,故需要开发强度更高、导电和导热性能都相对较好的高性能铜合金。
费用相对较高,并且在国家节能环保的号召下,锻造等热加工工艺属于对环境不利的环节,
使得相关加工成本更有不断增加的趋势。
料利用率提高20%左右,同时还显著提高了机加工的时间和成本。特别是对于加工环状、大
尺寸、复杂结构的端环产品具有较大的优势。。
发明内容
计包括:WC陶瓷粉1‑3%、不锈钢粉余量;利用3D打印技术直接打印出包套模型,再进行
2000‑3000℃高温烧结处理,然后利用PVD法在烧结处理包套模型表面喷涂界面保护材料,
即制得包套。本发明方法的包套制备方法具有工艺简单、取材容易、成本低的优点,且所制
备的包套致密度好,表面喷涂的界面保护材料有利于后期的包套去除,避免产品与包套之
间的粘连。
层合金块一层Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末的方式,将所述合金块装入包套中,合金块的装填
率为70‑86%(按体积百分比计),在相邻的合金块及包套的缝隙之间填充的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑
Ce合金粉末占10‑30%。先把合金粉末熔炼并制成合金块再与合金粉末混合,可以减小热等
静压收缩量,减小包套的变形量,从而降低包套产生裂纹的风险。另外,因为此方法生产的
坯料内部结构更加均匀稳定,能够便于制成尺寸较长的端环初材,并可直接用于切割成多
个端环成品。且经多次试验验证,将合金块的尺寸控制在小于所需端环高度或厚度尺寸1/
10之内,能够最大限度保证产品的性能,尺寸过大则抗拉强度略有降低,但尺寸过小的话又
不能起到保护包套的作用。
过长材料晶粒容易长大、保温时间过短反应不充分。
利用率提升约20%;
合金基体提高合金材料的导电率的稀土元素Ce,使合金具有较好的综合力学性能。
附图说明
具体实施方式
进和调整。
行脱气封装。脱气工艺为:抽真空至10 Pa级别,再加热到400℃,保温6h;将封装后的包套放
入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行HIP烧结,HIP工艺为:压力为100MPa,保
温时间为0.5h,烧结温度为900℃。将经HIP烧结后的致密的铜合金去除包套后,通过时效热
处理380℃保温4h调整合金的力学性能和电学性能,最后通过机加工得到Φ400×Φ300×
40的Cu‑Cr‑Mg‑Zr合金端环产品。
行脱气封装。脱气工艺为:抽真空至10 Pa级别,再加热到500℃,保温7h;将封装后的包套放
入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行HIP烧结,HIP工艺为:压力为110MPa,保
温时间为2h,烧结温度为950℃。将经HIP烧结后的致密的铜合金去除包套后,通过热处理调
整合金的力学性能和电学性能,最后通过适当的机加工得到Φ400×Φ300×40的Cu‑Cr‑
Zr‑Ce合金端环产品。
包套中进行脱气封装。脱气工艺为:抽真空至10 Pa级别,再加热到600℃,保温6h;将封装后
的包套放入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行HIP烧结,HIP工艺为:压力为
120MPa,保温时间为2h,烧结温度为1000℃。将经HIP烧结后的致密的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金
去除包套后,通过热处理调整合金的力学性能和电学性能,最后通过适当的机加工得到Φ
400×Φ300×40的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金端环产品。
包套中进行脱气封装。脱气工艺为:抽真空至10 Pa级别,再加热到600℃,保温6h;将封装后
的包套放入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行HIP烧结,HIP工艺为:压力为
120MPa,保温时间为2h,烧结温度为1050℃。将经HIP烧结后的致密的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金
去除包套后,通过热处理调整合金的力学性能和电学性能,最后通过适当的机加工得到Φ
400×Φ300×40的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金端环产品。
包套中进行脱气封装。脱气工艺为:抽真空至10 Pa级别,再加热到600℃,保温6h;将封装后
的包套放入热等静压的炉腔内,以Ar作为气体传压介质进行HIP烧结,HIP工艺为:压力为
120MPa,保温时间为2h,烧结温度为1050℃。将经HIP烧结后的致密的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金
去除包套后,通过热处理调整合金的力学性能和电学性能,最后通过适当的机加工得到Φ
400×Φ300×40的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金端环产品。
粉2%、不锈钢粉余量;利用3D打印技术直接打印出包套模型,再进行2000℃高温烧结处理,
然后利用PVD法在烧结处理包套模型表面喷涂石墨涂层,喷涂次数为2次,喷涂厚度为
0.5mm,即制得包套。
高度或厚度尺寸1/12的合金块;按照一层合金块一层Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末的方式,将
所述合金块装入包套中,合金块的装填率为70%(按体积百分比计),在相邻的合金块及包
套的缝隙之间填充的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末占30%。
末的方式,将所述合金块装入包套中,合金块的装填率为86%(按体积百分比计),在相邻的
合金块及包套的缝隙之间填充的Cu‑Cr‑Mg‑Zr‑Ce合金粉末占14%。
拉强度、硬度及软化温度最高。
率及软化温度均有一定的提升。尤其是当实施例8的方法所制备得到的产品性能最优。