制备工艺对Cu-11Ni-2W合金组织和导热性能的影响

强化冶金的炼铁高炉内温度高达1500～1600℃,炉衬承受强烈的冲刷侵蚀。目前解决方法是在砌砖之间埋设纯铜冷却板或冷却壁，实行强制冷却。利用纯铜的高导热性能，使炉衬得到充分冷却，在炉衬表面形成稳定的渣皮，依靠渣皮抵挡高温气流的热冲刷和炉渣的侵蚀，有效地延长了炉衬寿命。但工业应用表明，纯铜的熔点低，高炉纯铜冷却板漏水事故时有发生。同时工厂实践发现水套导热性能过高也有负面作用，如带走更多的炉内热量，使管内壁水温过高，甚至沸腾，产生“汽锤”，或形成极危险的“无水段”；其次，水温过高也容易产生钙镁离子水垢，会显著影响导热性能。因此，开发高熔点、高热导率的铜合金成为制备长寿命冷却元件的关键。意大利MTT公司采用金属管技术开发的MTT型铜冷却板，内部镶铸铜镍合金管。由于Cu与Ni可以形成无限互溶固溶体，因此该合金具有良好的力学性能和冶金特性，便于埋管的制造与加工，以及铸铜本体与管壁较好冶金结合。而且，铜镍合金熔点比纯铜熔点高，有效克服了纯铜管铸造过程中易熔穿的缺点。虽然铜镍合金的熔点高于纯铜，但随着镍含量的增加，合金导热率显著下降。铜镍合金的高熔点和高导热性，是一对相矛盾的特性，一般只能在牺牲导热率的前提下提高铜的熔点。如何解决这一矛盾，在保持高熔点的前提下，改善合金的导热性能是高熔点、高导热铜合金研究的关键。本文采用真空非自耗电弧熔炼和高频感应熔炼喷铸成型两种工艺制备Cu-11Ni-2W合金，研究制备工艺对合金组织和导热性能的影响，为开发高熔点、高导热铜合金提供技术途径。实验材料为：铜粉(纯度99.95%,200目)，镍粉(纯度99.97%,200目)，钨粉(纯度99.95%,200目)。

采用QMW4L型球磨机将配制好的金属粉末真空下球磨混合，将混合后的粉末冷压成型为Φ17mm×1～2mm的薄饼。分别采用真空非自耗电弧熔炼工艺和高频感应熔炼喷铸成型工艺制备铜合金。真空非自耗电弧熔炼：将薄饼样品放入电弧炉坩埚内，经过4次重复熔炼，整个过程在氩气保护下完成，随炉冷却，获得Φ30mm×10mm的铸锭。高频感应熔炼喷铸成型：将样品破碎成小块放入石英管(石英管下端有Φ0.6mm的喷嘴)中，经高频感应加热熔化，在一定压力的氩气作用下喷铸铜模中，获得1.5mm×12mm×60mm片状试样，整个过程在氩气保护下完成。电弧熔炼工艺制备的Cu-11Ni-2W合金试样组织晶粒粗大，相组成为α固溶体和少量W相；高频感应熔炼喷铸工艺制备的合金试样组织晶粒细小，相组成为单相α固溶体。电弧熔炼制备的Cu-11Ni-2W合金的导热率为67.2W/(m·K)，感应熔炼喷铸工艺制备合金的导热率为47.8W/(m·K)。电弧熔炼工艺制备Cu-11Ni-2W合金的熔点为1157.24℃。