【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較低、熱導率過高的缺點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,使其具有高熔點同時能保證適宜熱導率,是制備高性能冷卻水套的關鍵。針對熔煉法制備的Cu-Ni-Nb合金因Cu、Nb兩個元素熔點相差太大且二者難混溶導致出現(xiàn)銅元素燒損、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、熱導率等性能的影響規(guī)律。獲得的主要結(jié)論如下:(1)Cu-Ni-Nb復合粉末經(jīng)高能球磨后,分析發(fā)現(xiàn)Ni已全部固溶進Cu中,形成了Cu0.81Ni0.19相。Nb部分固溶進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率均逐漸增大,在900℃時達到最大值99.13%和30.65W/m·k;合金的熔點逐漸下降,在900℃時合金熔點為1178.92℃;950℃時,合金致密度和熱導率均有所下降,而合金熔點有所提升。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;同時熱導率升高,熔點下降,分別在3h和1h時達到最大值30.11W/m·k、1184.49℃。因此,粉末冶金法制備Cu-30Ni-5Nb合金的最優(yōu)保溫時間為2h。(4)隨著燒結(jié)壓力的升高,致密度和熱導率逐漸增大,在25MPa時達到最大;熔點逐漸下降,在15MPa時有最大值。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%,熔點為1180.86℃,熱導率為29.54W/m·k,屈服強度為355.74MPa,伸長率為6.18%。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF125.211
【圖文】：

圖 1-1 Cu-Ni 二元合金相圖表 1-1 中銅鎳合金熔點和熱導率的變化規(guī)律可以得出，隨著鎳元素金的熔點持續(xù)上升，合金的熱導率迅速下降。熔點和導熱性能的此消彼長，往往需要犧牲其中一個的優(yōu)勢以提高對方性能。這就究難點之一。綜合以上分析，選取 Cu-Ni 為基體可以解決純銅冷的問題，為緩解熔點與導熱之間的矛盾，提高導熱性能，對合金將是最理想的解決方法[11]。表 1-1 20℃時不同鎳元素含量的銅鎳合金熔點和熱導率般情況下，材料有好的導電性能，也會有好的導熱性能[12]。而國內(nèi)能的研究相對較少，因此，本文從導電理論方面學習借鑒，適當。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/℃ 1085 1100 1121 1220 導率/(W/m·k) 209.4 94.7 65.4 25.6

大學碩士學位論文 第一章導電理論可知：溶質(zhì)元素 Ni 固溶進 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 反以改善合金導熱性能，又可有助于提高合金耐熱性。

【參考文獻】

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本文編號：2730327