【摘要】：高爐的壽命制約著冶金工業(yè)的高效連續(xù)化生產(chǎn),冷卻水套作為關(guān)鍵的冷卻元件對高爐的壽命和生產(chǎn)效率有著重要的影響。工業(yè)上常用的純銅冷卻水套由于熔點(diǎn)較低、熱導(dǎo)率過高的缺點(diǎn)在越來越惡劣的工作環(huán)境中逐漸受到限制,因此開發(fā)一種新型銅合金材料,使其具有高熔點(diǎn)同時(shí)能保證適宜熱導(dǎo)率,是制備高性能冷卻水套的關(guān)鍵。針對熔煉法制備的Cu-Ni-Nb合金因Cu、Nb兩個(gè)元素熔點(diǎn)相差太大且二者難混溶導(dǎo)致出現(xiàn)銅元素?zé)龘p、合金成分偏析等問題,本文采用粉末冶金法制備Cu-Ni-Nb合金,研究了粉末冶金法制備工藝參數(shù)對合金組織和致密度、熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率等性能的影響規(guī)律。獲得的主要結(jié)論如下:(1)Cu-Ni-Nb復(fù)合粉末經(jīng)高能球磨后,分析發(fā)現(xiàn)Ni已全部固溶進(jìn)Cu中,形成了Cu0.81Ni0.19相。Nb部分固溶進(jìn)Cu,仍有Nb單質(zhì)衍射峰存在,最終形成了以Cu0.81Ni0.19相為主的(CuNiNb)固溶體。在熱壓燒結(jié)之后,固溶在Cu中的Nb完全析出,與Ni形成第二相NbNi3,基體成分為Cu0.81Ni0.19。(2)隨著燒結(jié)溫度的升高,Cu-Ni-Nb合金的致密度和熱導(dǎo)率均逐漸增大,在900℃時(shí)達(dá)到最大值99.13%和30.65W/m·k;合金的熔點(diǎn)逐漸下降,在900℃時(shí)合金熔點(diǎn)為1178.92℃;950℃時(shí),合金致密度和熱導(dǎo)率均有所下降,而合金熔點(diǎn)有所提升。綜合考慮,粉末冶金法制備Cu-30Ni-5Nb合金的最優(yōu)燒結(jié)溫度為875℃。(3)隨著保溫時(shí)間從1h延長到3h,致密度從97.39%增加到98.91%,在2h后變化不大且增長率不及燒結(jié)溫度和燒結(jié)壓力;同時(shí)熱導(dǎo)率升高,熔點(diǎn)下降,分別在3h和1h時(shí)達(dá)到最大值30.11W/m·k、1184.49℃。因此,粉末冶金法制備Cu-30Ni-5Nb合金的最優(yōu)保溫時(shí)間為2h。(4)隨著燒結(jié)壓力的升高,致密度和熱導(dǎo)率逐漸增大,在25MPa時(shí)達(dá)到最大;熔點(diǎn)逐漸下降,在15MPa時(shí)有最大值。綜合考慮,粉末冶金法制備Cu-30Ni-5Nb合金的最優(yōu)燒結(jié)壓力為25MPa。(5)適合于粉末冶金法制備Cu-Ni-Nb合金的燒結(jié)參數(shù):燒結(jié)溫度為875℃、保溫時(shí)間為2h、燒結(jié)壓力為25Mpa。該工藝條件下,合金致密度為98.66%,熔點(diǎn)為1180.86℃,熱導(dǎo)率為29.54W/m·k,屈服強(qiáng)度為355.74MPa,伸長率為6.18%。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF125.211
【圖文】：

圖 1-1 Cu-Ni 二元合金相圖表 1-1 中銅鎳合金熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率的變化規(guī)律可以得出，隨著鎳元素金的熔點(diǎn)持續(xù)上升，合金的熱導(dǎo)率迅速下降。熔點(diǎn)和導(dǎo)熱性能的此消彼長，往往需要犧牲其中一個(gè)的優(yōu)勢以提高對方性能。這就究難點(diǎn)之一。綜合以上分析，選取 Cu-Ni 為基體可以解決純銅冷的問題，為緩解熔點(diǎn)與導(dǎo)熱之間的矛盾，提高導(dǎo)熱性能，對合金將是最理想的解決方法[11]。表 1-1 20℃時(shí)不同鎳元素含量的銅鎳合金熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率般情況下，材料有好的導(dǎo)電性能，也會有好的導(dǎo)熱性能[12]。而國內(nèi)能的研究相對較少，因此，本文從導(dǎo)電理論方面學(xué)習(xí)借鑒，適當(dāng)。研究表明[13]：第二相的析出會引起晶格畸變，對銅合金整體的含量/wt% 1 5 10 30 熔點(diǎn)/℃ 1085 1100 1121 1220 導(dǎo)率/(W/m·k) 209.4 94.7 65.4 25.6

大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章導(dǎo)電理論可知：溶質(zhì)元素 Ni 固溶進(jìn) Cu 基體后，必定使基體晶格發(fā)生金對電子產(chǎn)生的散射作用加劇，使合金電阻率上升，導(dǎo)電性能下降對電子產(chǎn)生的散射作用比固溶元素小[15]，若能使基體中的 Ni 原子以析出，降低固溶元素含量，使基體組織相對接近純銅，將可有效提性能。據(jù)圖 1-2 可知，Ni、Nb 可以互相結(jié)合，形成金屬間化合物，其主要存Ni3Nb、Ni6Nb7和 Nb 幾種物相。Ni-Nb 體系是一個(gè)重要的 Ni 基合金系中加入 Nb 元素，以析出基于 NbNi3的γ 相是提高 Ni 基合金高溫性[16]。因此，在 Cu-Ni 合金中加入 Nb 元素，既可以和基體中的 Ni 反以改善合金導(dǎo)熱性能，又可有助于提高合金耐熱性。

【參考文獻(xiàn)】

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1 李愷欽;;蒙乃爾合金鑄銅水套工業(yè)化實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J];有色礦冶;2015年06期

2 唐麗麗;單琳;張?jiān)讫?馬佳;胡明;;燒結(jié)壓力對β-SiC_p/Cu復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)及熱物性的影響[J];兵器材料科學(xué)與工程;2014年04期

3 吳星平;石錦罡;吳昊;陳名海;劉寧;李清文;;真空攪拌鑄造制備SiC顆粒增強(qiáng)ADC12鋁基復(fù)合材料及其力學(xué)性能表征[J];材料工程;2014年01期

4 劉瑞蕊;周海濤;周嘯;陸德平;劉克明;彭謙之;彭勇;鐘芳華;;高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年19期

5 王志剛;韋雯;;高溫爐窯用銅基合金冷卻水套研究進(jìn)展[J];有色冶金設(shè)計(jì)與研究;2012年02期

6 周健;郭斌;單德彬;;銅箔抗拉強(qiáng)度及延伸率的尺寸效應(yīng)研究[J];材料科學(xué)與工藝;2010年04期

7 崔浩;謝明;楊有才;劉滿門;陳永泰;劉捷;張永甲;;粉末冶金法制備新型銅基電接觸材料的組織與性能分析[J];新技術(shù)新工藝;2009年11期

8 雷若姍;汪明樸;郭明星;李周;曹玲飛;唐寧;;機(jī)械合金化制備Cu-Nb納米彌散強(qiáng)化銅合金的研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年S1期

9 E.van Stein Callenfels;R.van Laar;;可滿足高爐嚴(yán)格使用要求的高性能MTT金屬管鑄銅冷卻壁[J];鋼鐵;2007年03期

10 王海龍,王秀喜,梁海弋;金屬Cu體熔化與表面熔化行為的分子動力學(xué)模擬與分析[J];金屬學(xué)報(bào);2005年06期

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1 雷若姍;高強(qiáng)度Cu-Nb納米彌散強(qiáng)化銅合金的制備及其相關(guān)基礎(chǔ)問題的研究[D];中南大學(xué);2011年

2 陸德平;高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金研究[D];上海交通大學(xué);2007年

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1 陳誠;第二相存在形態(tài)對Cu-Ni-Nb合金熔點(diǎn)和導(dǎo)熱性能的影響[D];南昌航空大學(xué);2016年

2 張俊哲;熔煉工藝及成分對高熔點(diǎn)Cu-Ni-Nb合金組織與導(dǎo)熱性能的影響[D];南昌航空大學(xué);2014年

3 馮薇薇;粉末冶金法制備Cu/TiB_2復(fù)合材料及其性能的研究[D];華東理工大學(xué);2014年

4 尚偉;ZrB_2-Cu復(fù)合材料的制備工藝及性能研究[D];鄭州大學(xué);2014年

5 徐招紅;流變鑄造銅電機(jī)轉(zhuǎn)子的材料設(shè)計(jì)及制漿[D];南昌大學(xué);2013年

6 黃偉;熱壓燒結(jié)制備17Ni/(NiFe_2O_4-10NiO)金屬陶瓷的工藝及性能研究[D];湘潭大學(xué);2013年

7 劉景帥;快速凝固CuNiSiCrZn合金的組織與性能研究[D];江蘇科技大學(xué);2013年

8 韓芳;粉末冶金法制備高強(qiáng)度Cu-Ni-Sn合金的工藝及性能研究[D];武漢科技大學(xué);2012年

9 李潛;熱壓燒結(jié)WC/Al_2O_3復(fù)合材料工藝的研究[D];東華大學(xué);2012年

10 趙青;高溫機(jī)械合金化法制備Cu-Cr合金[D];東北大學(xué);2011年

本文編號：2730327