自蔓延法制备cucr合金基础的研究

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1、东北大学博士学位论文摘要摘要CuCr合金是目前被广泛应用的，在世界上占主导地位的真空断路器触头材料。国内外许多研究表明：CuCr合金的性能取决于其显微结构，CuCr合金的显微组织细化、成分均匀化能大幅度提高其电气性能，因此，采用适当的工艺手段来优化CuCr合金的显微结构是目前该合金制备的一个重要方面。本文在吸取自蔓延高温合成和电磁冶金等材料制备技术的优点的基础上，研究和开发了一种自蔓延熔铸加电磁搅拌来制备难混溶合金的技术，该工艺把传统制备难混溶合金的三个阶段即：纯金属的制备、坯料的压制烧结和合金的制备成型合并成一个从还原反应到铸造成型的一个连续的短流程，该技术具有如下优点：1．原料

2、成本低廉。2．反应后直接形成合金，避免了纯合金在熔铸过程中的氧化问题。3．反应快，操作过程简单。4．合金的致密度好，两相之间偏析少。5．可以形成小批量生产的短流程。本论文综述了合金的制备方法，提出了自蔓延合成CuCr合金的一条新的工艺路线，并从热力学和动力学方面进行了理论上的研究，并对该工艺中反应部分的原料配比及渣相进行了研究，对合金的凝固过程设计了熔铸法和电磁搅拌法两种路线，利用SEM观察其微观结构，硬度测试分析了合金的基本机械性能。通过热力学计算表明体系的绝热温度为2848K，远大于自蔓延反应发生的经验判据1800K，反应易于发生。系统地研究了添加物CaF：和KCl0。的加入量

3、对体系绝热温度和产物汽化分率的影响，以及反应物预热温度对产物汽化分率的影响，确定体系不采用反应物预热制度，KCIO。加入量的增加和产物的汽化分率呈线性关系，因此，KCIO。的加入量以保证体系反应的顺利进行为宜，CaF。的加入量为相当于Cr：0。摩尔量的1．33倍以内时，体系的绝热温度不受影响，大于1．33倍时，体系绝热温度低于产物的汽化点。以Al为还原剂，CuO和Cr：0。为原料，生成Cu+Cr+A1。0。的反应吉布斯自由能在标态下最负，说明反应生成的趋势最大，生成物最稳定。CaF。在温度超过1800’2时，比A1：O。稳定，而当其吉布斯自由能大于A1：03时，已为固态，所以，还原

4、A1。0。的可能性不大。借助DTA技术对体系的反映过程动力学分析对CuO+M体系分别运用Kissinger法和Freeman—Carroll法进行了动力学分析讨论，计算了体系的表观活化能和反应级数；并且分析讨论了cr。03+hl体系和CuO+Cr。0a+A1体系在没有发热剂和加入发热剂两种情况下各项参数的变化情况。具体结论如下：CuO+A1体系中CuO分两步还原：第一步还原为Cu。0，体系中表观活化能为669．32KJ／mol，，669320反应级数为0．7，反应速率方程为竿=lj}(1一口)”=3．8315×105P一1r(1一口)“7；第口f二步还原为金属Cu，体系中表观活化能

5、为1195．42KJ／mol，反应级数为0．9。反ll东北大学博士学位论文摘要应潦率方程为掣=毒Q一口r=8．862x105￡一扩矗一口y9。Cr。Oa+A1体系中只发生dt了一令敖燕反应，且敖熟峰缀小。俸系静表鼹滔纯戆为331。24KJ／m01，反应缀数为l+0931。爱应速率方程为等=盘(1一g≯=4．19x106#—ir(1～g)。8。atCuO+Cr。0。+A1锋系孛只有一个教熬蜂，表甓钵系中CuO、Cr藏稻锯粉滋对反藏，体系的表观活化能为287．21KJ／mol，反成级数为1．2033，反应速率方程为掣：女(1一口y=5．5×105e一—而一(1一a)12。随着体系的升温

6、速率升高，峰顶温度升壤、高，而且峰变得扶陡，但是对体系的表观活化能和反应级数影响不大。发热剂的魏入侵褥反应敖热量增大，焉且反应滠度有所下降，餐燕对体系靛表溪活托髓影响不明显。研究漆系组成可以为配料提供域论依据及提高渣金分离效采。在A120。一cao二元系中，当温度毫予1460℃对，缀成在共最点附近的熔渣熬度低予0．5Pa。s，属于流动性较好的渣。在A1：03一caO—MgO的两个基晶点处，氧化钙较多的，粘度较低，照糕凌缝湿度变化较乎稳，在温度遮1400℃时，糕度融低于0。02Pa．S，当温度等于1500"C时，粘度融经小于0．03Pa．s。在A1：0。一cao体系中加入适量的添加剂

7、氧化镁，能够降低熔渣粘度-本文采用模型n2警exp(等)，并用相关文献的实验数据计算出A1“和ca”的作用系数为L=y—yc[2．71330687×104-163，01T+(一9。7794153×104+220，30T)(y^-y。)】，势诗算了三令不月组戏螅该渣系的粘度。数学模型所求的粘度值与试验测擞值基本相符。Alz魄对A1。03一CaO渣糖淡静影嫡里撵物线形。通过采用叁蔓延熔铸技术，初步确定了厚度为8啪的合金薄片的冷却，可视为快速冷却。根据铝热还原CuO和Cr=