製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法
2023-09-23 14:55:05
製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法
【專利摘要】本發明提出一種製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，根據本發明的建議，該方法包括：步驟1：對銀和銅進行清洗並烘乾；步驟2：將烘乾後的所述銀和所述銅放入具有玻璃淨化劑的坩堝內；步驟3：將所述坩堝置於真空室內，並對所述真空室抽真空；步驟4：抽真空完成後往所述真空室內充入高純度的氬氣；步驟5：所述真空室內加熱至超過所述銀-銅共晶合金的熔點200k至600k，且保持該溫度最多不超過5分鐘；步驟6：冷卻所述銀和所述銅形成的合金；步驟7：重複所述步驟5和所述步驟6，最多不超過7次；步驟8：獲得定向銀-銅共晶合金。
【專利說明】製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料【技術領域】，特別涉及一種製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法。
【背景技術】
[0002]材料形成過程大都經歷凝固，凝固組織狀況直接決定材料性能的優劣。對於常規凝固而言，凝固時的過冷度僅幾度或者更小，晶體的生長速率相應不超過lcm/s。如果採取措施能使合金以較快的凝固速率從液態轉變為固態，必將獲得普通鑄件無法得到的組織結構，不同的組織決定不同的性能，因此深過冷快凝合金可呈現一系列與常規鑄造合金不同的性能，如高強韌性，高溫抗蠕變性能，阻尼、電磁以及耐腐蝕性能等。
[0003]以往對過冷共晶合金的凝固研究主要集中在由固溶體相一金屬間化合物相組成的共晶體系，如Co-Sb，Co-Ge, Co-Mo, Co-Sn, N1-Mo, N1-Sn和N1-Si等，此類共晶兩相的成分差別比較小；而當共晶產物為端部固溶體相一端部固溶體相時，如銀-銅等，共晶兩相的成分差別比較大，凝固過程中溶質分凝顯著，共晶凝固過程中耦合生長的過冷度區間相對較大，有利於對共晶耦合生長過程中的多種現象進行分析和研究。但Walder S.等人在((Journal of Applied Physics》(應用物理學雜誌)(1993，73 (4): 1965-1970)上發表的文章「Nonequilibrium solidification in undercoolea melts of the alloy Ag-39.9at.%Cu」(「過冷Ag-39.9at.%Cu共晶合金熔體的非平衡凝固」)介紹到:採用熔融玻璃浄化和循環過熱相結合的方法對銀-銅共晶合金進行過冷實驗，結果要經過30多次的循環才最終得到最大77K的過冷度。
【發明內容】
[0004]為了克服已有技術中存在的至少ー個問題，本發明提出一種循環次數少、工作效率高的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明提出一種製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，包括以下步驟:步驟1:對銀和銅進行清洗並烘乾；步驟2:將烘乾後的所述銀和所述銅放入具有玻璃淨化劑的坩堝內；步驟3:將所述坩堝置於真空室內，並對所述真空室抽真空；步驟4:抽真空完成後往所述真空室內充入高純度的氬氣；步驟5:所述真空室內加熱至超過所述銀-銅共晶合金的熔點200k至600k，且保持該溫度最多不超過5分鐘；步驟6:冷卻所述銀和所述銅形成的合金；步驟7:重複所述步驟5和所述步驟6，最多不超過7次；步驟8:獲得定向銀-銅共晶合金。
[0006]可選的，所述銀和所述銅的純度均大於99.999%。
[0007]可選的，在所述坩堝的底部先放置玻璃淨化劑粉末，在放入所述銀和所述銅之後，再放入玻璃淨化劑粉末。
[0008]可選的，所述玻璃淨化劑由重量百分比分別為12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的 Na2SiOJi成。[0009]可選的，將重量百分比分別為12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3混合後在電阻爐內加熱至1273k，在液態下保溫6小時進行充分脫水，最後破碎成顆粒狀，形成玻璃淨化劑。
[0010]可選的，對所述真空室抽真空，使得所述真空室的真空度達到2X10_3Pa。
[0011]可選的，往所述真空室內充入高純度的氬氣，直至所述真空室內的真空度達到
0.08MPa。
[0012]可選的,使用高頻感應線圈給所述真空室快速加熱。
[0013]可選的，所述銀-銅共晶合金冷卻後再次加熱的溫度低於冷卻前所述銀-銅共晶合金白勺溫度。
[0014]本發明製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法的有益效果主要表現在:本發明製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法通過合理控制加熱溫度，保溫時間和循環次數等エ藝參數，只需觸發形核和較少的循環次數便可製備出具有定向胞狀和樹枝狀組織特徵的銀-銅共晶合金，而且只用7次的循環次數就可以達到100K的過冷度，大大提高了工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例和附`圖1對本發明作進ー步的描述。
[0017]本發明提出一種製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，包括
[0018]步驟10:對銀和銅進行清洗並烘乾，把純度均大於99.999%的金屬原材料Ag和Cu放入裝有丙酮的燒杯中，用超聲波清洗儀進行10分鐘振蕩清洗，然後將其烘乾；
[0019]步驟11:將烘乾後的所述銀和所述銅放入具有玻璃淨化劑的坩堝內，在石英玻璃坩堝底部放一定量玻璃淨化劑粉末，接著放入高純金屬原材料，然後再放入適量的玻璃淨化劑，玻璃淨化劑的配製成分的質量百分比為12.3% B2O3>17.7% Na2B4O7和70% Na2SiO3,由化學純試劑按比例混合後在自製井式電阻爐內加熱至1273K，在液態下保溫6h左右進行充分脫水，然後破碎成顆粒狀置於乾燥皿內備用；
[0020]步驟12:將所述坩堝置於真空室內，並對所述真空室抽真空，坩堝為石英坩堝，放置於真空室內聞招磚基底上，關閉爐門並抽真空；
[0021]步驟13:抽真空完成後往所述真空室內充入高純度的氬氣，當真空度達到2X KT3Pa時，返充高純氬氣至0.08MPa ；
[0022]步驟14:所述真空室內加熱至超過所述銀-銅共晶合金的熔點200k至600k，且保持該溫度最多不超過5分鐘；
[0023]步驟15:冷卻所述銀和所述銅形成的合金；
[0024]步驟16:判斷冷卻次數是否達到7次，若否，則轉入步驟14，若是，則轉入步驟17 ；
[0025]步驟17:獲得定向銀-銅共晶合金。
[0026]反覆進行「加熱熔化ー過熱保溫一冷卻凝固」的循環過程，過熱度對過冷度的影響最大，其次是循環次數，最後保溫時間對過冷度的影響最小；第一次循環加熱時用大的過熱度和充分的保溫時間，可以充分熔化合金等材料，使玻璃淨化劑與雜質充分接觸，發生物理或化學反應而消除異質核心；隨著循環次數的増加，過熱度在合適範圍內逐漸減小，由於合金液的遺傳性和雜質的充分去除，過冷度逐漸増大；循環次數不宜過多，否則造成玻璃熔體吸附雜質的能力下降，或使原來已被吸附的形核質點有可能重新進入合金熔體中，導致過冷度下降。
[0027]合金溫度採用經標準雙鉬銠熱電偶標定的CIT紅外測溫系統監測，由PC終端實時監測其過冷度。CIT紅外測溫系統主要性能指標為:量程350~1700°C，響應時間1ms，相對誤差為±1°C。在冷卻的過程中，當過冷度達到所需值時，進行觸發形核，隨後自然冷卻。
[0028]下面請參考3個具體的實施方式。
[0029]第一實施例:將清洗乾燥後的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保溫殼層中的石英玻璃坩堝內，並在底部和金屬上表面放一定量玻璃淨化劑粉末；通過高頻感應線圈感應加熱合金至1653K，保溫5分鐘，使合金等材料充分熔化，玻璃淨化劑與雜質充分接觸，發生物理或化學反應而消除異質核心；降溫凝固後，進行第二次循環加熱至1553K，直接冷卻凝固；進行第三次循環，再加熱至1503K冷卻，獲得30K過冷度時，進行觸發形核，然後自然冷卻凝固。該エ藝得到的合金表面和內部微觀組織為定向胞狀晶組織。
[0030]第二實施例:將清洗乾燥後的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保溫殼層中的石英玻璃坩堝內，並在底部和金屬上表面放一定量玻璃淨化劑粉末；通過高頻感應線圈感應加熱合金至1653K，保溫5分鐘，使合金等材料充分熔化，玻璃淨化劑與雜質充分接觸，發生物理或化學反應而消除異質核心；降溫凝固後，進行第二次循環加熱至1553K，直接冷卻凝固；進行第三次循環，再加熱至1453K，然後冷卻凝固；進行第四次循環，加熱至1403K，然後冷卻凝固⑥進行第五次循環，加熱至1353K，然後冷卻凝固；進行第六次循環，加熱至1313K冷卻，獲得85K過冷度時，進行觸發形核，然後自然冷卻凝固。該エ藝得到的合金表面和內部微觀組織為粗大的定向樹枝晶組織。
[0031]第三實施例:將清洗乾燥後的Ag-39.9at.%Cu合金材料放入保溫殼層中的石英玻璃坩堝內，並在底部和金屬上表面放一定量玻璃淨化劑粉末；通過高頻感應線圈感應加熱合金至1653K，保溫5分鐘，使合金等材料充分熔化，玻璃淨化劑與雜質充分接觸，發生物理或化學反應而消除異質核心；降溫凝固後，進行第二次循環加熱至1553K，直接冷卻凝固；進行第三次循環，再加熱至1453K，然後冷卻凝固；進行第四次循環，加熱至1403K，然後冷卻凝固；進行第五次循環，加熱至1353K，然後冷卻凝固；進行第六次循環，加熱至1303K，然後冷卻凝固；進行第七次循環，加熱至1253K冷卻，獲得100K過冷度時，進行觸發形核，然後自然冷卻凝固。該エ藝得到的合金表面和內部微觀組織為細小的定向樹枝晶組織。
[0032]通過大量實驗掌握過熱度、保溫時間和循環次數等エ藝參數對製備具有不同組織特徵的定向銀-銅共晶合金的影響機理，不斷摸索規律，從而大大優化了エ藝過程，製備出具有定向胞狀和樹枝狀組織特徵的銀-銅共晶合金，採用的エ藝參數為:過熱度:200~600K，保溫時間:0~5min，循環次數:0~7次，且只用7次的循環次數就可以達到100K過冷度。
[0033]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非限定本發明。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:對銀和銅進行清洗並烘乾； 步驟2:將烘乾後的所述銀和所述銅放入具有玻璃淨化劑的坩堝內； 步驟3:將所述坩堝置於真空室內，並對所述真空室抽真空； 步驟4:抽真空完成後往所述真空室內充入高純度的氬氣； 步驟5:所述真空室內加熱至超過所述銀-銅共晶合金的熔點200k至600k，且保持該溫度最多不超過5分鐘； 步驟6:冷卻所述銀和所述銅形成的合金； 步驟7:重複所述步驟5和所述步驟6，最多不超過7次； 步驟8:獲得定向銀-銅共晶合金。
2.根據權利要求1所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:所述銀和所述銅的純度均大於99.999%。
3.根據權利要求1所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:在所述坩堝的底部先放置玻璃淨化劑粉末，在放入所述銀和所述銅之後，再放入玻璃淨化劑粉末。
4.根據權利要求1或3所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:所述玻璃淨化劑由重量百分比分別為12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3組成。`
5.根據權利要求4所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:將重量百分比分別為12.3%的B203、17.7%的Na2B4O和70%的Na2SiO3混合後在電阻爐內加熱至1273k，在液態下保溫6小時進行充分脫水，最後破碎成顆粒狀，形成玻璃淨化劑。
6.根據權利要求1所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:對所述真空室抽真空，使得所述真空室的真空度達到2X 10_3Pa。
7.根據權利要求6所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:往所述真空室內充入高純度的氬氣，直至所述真空室內的真空度達到0.08MPa。
8.根據權利要求1所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:使用高頻感應線圈給所述真空室快速加熱。
9.根據權利要求1所述的製備定向銀-銅共晶合金的深過冷方法，其特徵在於:所述銀-銅共晶合金冷卻後再次加熱的溫度低於冷卻前所述銀-銅共晶合金的溫度。
【文檔編號】C22F1/14GK103498116SQ201310442848
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】趙素, 韋東來, 孫會 申請人:上海電機學院