Cu_Cr合金制备技术的研究进展

Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术的研究进展＊

周志明１，王亚平２，夏

（１

摘要

华１，詹捷１

重庆工学院材料科学与工程学院，重庆４０００５０；２西安交通大学理学院，西安７１００４９）

综述了Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术的研究现状和最新进展。主要内容包括：Ｃｕ－Ｃｒ合金的特点；Ｃｕ－Ｃｒ合金制备

混粉烧结法、机械合金化法、真空电弧熔炼法、真空感应熔炼法、定向凝固法、电渣工艺的优缺点及研究现状，如熔渗法、

坩埚熔炼法、激光表面合金化法、自蔓延熔铸法和快速凝固法等；最新发展起来的电磁悬浮熔炼法和悬淬法等制备

Ｃｕ－Ｃｒ合金的特点。在综述的基础上，简要讨论了Ｃｕ－Ｃｒ合金未来的发展动向。

关键词

Ｃｕ－Ｃｒ合金

触头材料

电磁悬浮

制备工艺

ＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＣｕ－ＣｒＡｌｌｏｙ

ＺＨＯＵＺｈｉｍｉｎｇ１，ＷＡＮＧＹａｐｉｎｇ２，ＸＩＡＨｕａ１，ＺＨＡＮＪｉｅ１

（１

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

Ｃｕ－Ｃｒａｌｌｏｙ，ｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

期对Ｃｕ－Ｃｒ合金未来的发展和研究提供参考。

０前言

由Ｃｕ－Ｃｒ二元合金相图［１］可以得知Ｃｒ在Ｃｕ中的固溶

１

１．１

Ｃｕ－Ｃｒ合金传统制备技术

熔渗法

熔渗法是将适量的Ｃｒ粉或者混有少量Ｃｕ粉及其它添

度很低，８００Ｋ以下几乎不溶，Ｃｕ在Ｃｒ中的固溶度更小，因此Ｃｕ－Ｃｒ合金结合了Ｃｒ的高硬度和Ｃｕ良好的导电导热性，在制备触头材料、电阻焊电极、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、电动工具的转向器、电工开关、耐磨材料、大型高速涡轮发电机转子导线、电车及电力火车架空导线等方面得到广泛应用［２～５］。由于Ｃｕ－Ｃｒ合金两相之间固溶度很小且两组元氧化物的热力学稳定性及生长速度差异极大，因此是人们研究二元合金高温腐蚀问题的一种模型合金［６，７］。Ｃｕ－Ｃｒ合金之所以具有如此广泛的应用，主要与Ｃｕ和Ｃｒ这两种合金元素的性质有很大的关系。由于Ｃｕ－Ｃｒ合金系具有很大的正混合热，即使是在液相时也难以互溶，Ｃｕ与Ｃｒ的不溶性，使其凝固时Ｃｒ相容易产生微观偏析和严重的宏观偏析。此外，由于Ｃｒ的熔点很高，在高温时易与坩埚材料发生剧烈反应，种种因素决定了Ｃｕ－Ｃｒ合金难于采用普通的熔炼法制备，最终产物的性能也难以得到保证。本文结合国内外Ｃｕ－Ｃｒ合金有关文献的研究成果，综述了Ｃｕ－Ｃｒ合金制备工艺方法的优缺点及研究现状，并重点介绍了最新发展起来的电磁悬浮熔炼法和悬淬法制备Ｃｕ－Ｃｒ合金的特点，以

加组元的Ｃｒ粉压制，烧结制成熔渗骨架，然后在重力的作用下向骨架中熔渗Ｃｕ制成Ｃｕ－Ｃｒ合金。熔渗法制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料工艺简单，机械强度较好，具有较好的耐电压强度和抗电蚀能力，但是仍存在许多缺陷，如由于Ｃｕ与Ｃｒ的热膨胀系数不同，当材料从熔渗温度下冷却时就会发生收缩孔洞；由于Ｃｒ的活性及强吸气性，使Ｃｒ粉表面难免存在难以还原的氧化膜，使浸润困难，易产生微孔、孔洞及氧化物残渣等；由于Ｃｒ骨架崩塌造成封闭的孔洞和机械变形性能差等缺陷的存在降低了Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料的开断性能。

１．２混粉烧结法

混粉烧结法是按一定比例将一定粒度的Ｃｕ粉与Ｃｒ粉

在保护气氛下充分混合，压制成型，然后在保护气氛中热压烧结成形，制备成块体Ｃｕ－Ｃｒ合金材料。混粉烧结法制备显微组织均匀、无宏观封闭气孔、Ｃｕ－Ｃｒ合金具有工艺简单、

吸气性能好的特点，缺点是机械强度较低，难以保证达到致密化的要求。为了提高混粉烧结的致密化，常采用液相烧结

＊新世纪优秀人才支持计划资助（资助号ＮＣＥＴ－０７－０６７９）；重庆工学院基金（０９－６０－１６）资助

周志明：男，１９７６年生，博士，副教授，从事有色合金的制备和性能研究

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｚｈｉｍｉｎｇ＠ｃｑｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术的研究进展／周志明等

或者在合金中添加促进浸润的烧结元素如Ｆｅ、Ｃｏ、Ｌｉ等。（原子分数）到Ｃｕ－Ｃｒ合金混合粉Ｂａｋａｎ等［８］通过加０．６％Ｌｉ

末中，其在１３６３Ｋ经过１ｈ烧结和时效处理以后，相对密度达到９９％，电导率提高到４５％ＩＡＣＳ。

４５

制手段，按要求的结晶取向进行凝固的技术。用定向凝固制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金的主要优点在于Ｃｒ相是在凝固过程中以纤维析出，纤维分布均匀，Ｃｕ－Ｃｒ两相界面结合强度高，避免了大塑性变形对导电性能的不良影响和人工复合材料中常常存在的界面润湿、化学反应和相容性等不足，提高了材料的完整性。这种采用Ｃｒ纤维承担合金抗拉强度，Ｃｕ基体承担导电性的定向凝固法制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金的导电率和强度都比较高。Ｈｕ等［１３］认为Ｃｕ－１．２％Ｃｒ（原子分数）合金定向凝固的α相（Ｃｕ）的一次枝晶臂间距符合Ｊａｃｋｓｏｎ－Ｈｕｎｔ模型，二次枝晶臂间距符合Ｋａｔｔａｍｉｓ－Ｆｌｅｍｉｎｇｓ模型。在要求高轴向抗拉强度和高导电率的电气机车用滑接导线为应用背景下，Ｐｅｎｇ等［１４，１５］在Ｃｕ－Ｃｒ合金的定向凝固研究方面取得了阶（原子分数）合金电导段性进展。他们所研究的Ｃｕ－０．７８％Ｃｒ

率仅轻微降低，但强度比固溶处理的接触导线高２２％，并具有良好的热稳定性。定向凝固方法易于与连续铸造相结合，可大幅度降低铜合金材料的生产成本，特别适于各种电线电缆铜材的制造。但是该法只能制备形状简单和共晶成分点附近的Ｃｕ－Ｃｒ合金。

１．３真空电弧熔炼法

真空电弧熔炼分为真空非自耗电弧熔炼和真空自耗熔

炼两种，其原理都是利用电弧的高温作用熔炼Ｃｕ－Ｃｒ合金，区别在于非自耗电弧熔炼采用钨电极作为电极，而自耗电弧熔炼则采用预先制备好的Ｃｕ－Ｃｒ合金棒作为电极。由于该方法制造Ｃｕ－Ｃｒ合金是在真空条件下进行的，故大大减少了材料的含气量，提高了材料的纯度。然而真空非自耗电弧熔炼熔炼Ｃｕ－Ｃｒ合金随着Ｃｒ含量的增加，组织变得越来越不均匀。真空自耗熔炼法制造的Ｃｕ－Ｃｒ合金性能优异，具有机械强度好、各相分布均匀等优点［１］，但是该工Ｃｒ颗粒细小、艺成本较高，设备投入大，生产周期延长，不适合大规模生产。

２

２．１

Ｃｕ－Ｃｒ合金制备新技术

机械合金化法

机械合金化法制备Ｃｕ－Ｃｒ合金是将按一定比例混合

２．４电渣坩埚熔炼法

电渣坩埚熔炼法是采用熔渣作为发热元件，当Ｃｕ－Ｃｒ合

的Ｃｕ粉和Ｃｒ粉在高能球磨机中长时间研磨，使金属粉末在频繁的碰撞过程中发生强烈的塑性形变、冷焊，这种复合粉末又因加工硬化而发生碎裂，碎裂后粉末露出的新鲜原子表面又极易发生焊合，如此不断重复的冷焊、碎裂、再焊合过程，使其组织结构不断细化，最终达到原子级混合，实现合金化的目的。机械球磨不仅可以克服Ｃｕ－Ｃｒ合金难于熔炼以及Ｃｒ相分布不均的困难，而且可以获得所需的强化相形态（细小弥散颗粒状或片状）。Ｌｉｕ等［９］对机械合金化的

金液体通过渣池时，捕获其中的氧化物，清除原料中的氧化夹杂物，避免产生Ｃｒ枝晶组织的一种熔炼方法。Ｐｒａｓａｄ等［１６］认为电渣坩埚熔炼法有可能用于大规模生产具有低杂质含量（小于０．０５％）的Ｃｕ－Ｃｒ合金，尤其是氧和硫的含量大大降低。与真空熔炼的Ｃｕ－Ｃｒ合金相比，电渣坩埚熔炼法生产的

Ｃｕ９２Ｃｒ８合金粉末通过ＨＲＥＭ观察，发现Ｃｕ与Ｃｒ之间相互

固溶度提高，从而使合金的强度提高。机械合金化制备的

Ｃｕ－Ｃｒ合金具有良好拉伸性能（延伸率提高３９％和断面收

缩率提高到７０％），并具有良好的表面光洁度和很少的铸造

（小缺陷，但到目前为止，Ｐｒａｓａｄ所研究的仅限于低Ｃｒ含量

于３％（原子分数））的Ｃｕ－Ｃｒ合金。

Ｃｕ－Ｃｒ合金由于粉末的致密性能差，球磨过程中容易带入

杂质元素而降低了材料的性能，球磨过程中氧化问题难以解决以及产物难以控制和预测等均使其发展受到了阻碍。

２．５自蔓延熔铸法

自蔓延熔铸法［１７，１８］是按一定比例取Ａｌ粉、氯化钾，与已

干燥的Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ混合均匀后，放入石墨反应器内，点火进行自蔓延反应，得到互溶的高温熔体，然后将熔体放入铸模内，冷却后成为合金。采用自蔓延熔铸法制备Ｃｕ－Ｃｒ合金的过程简单，不需要复杂的设备，然而产品密度较差，不能严格控制反应过程和产品性能，所用原料往往是可燃、易爆或有毒的物质。

２．２真空感应熔炼法

真空感应熔炼法是以Ｃｕ块和纯Ｃｒ块为原料，放入坩

埚中抽高真空进行感应加热熔炼，待完全熔化并保温一段时间后，进行水冷快速凝固。由于熔炼和浇注过程都是在真空条件下进行的，故大大减少了材料的含气量，提高了合金的纯度，使操作过程简便，生产周期缩短，产量高，并且由于采用Ｃｒ块体代替合金粉作为原料，降低了合金成本，适合于触头材料的大规模生产。目前许多低于３５％Ｃｒ（原子分数）的Ｃｕ－Ｃｒ合金大都采用真空感应熔炼法制备［１０～１２］，然后再结合变形和时效处理来强化Ｃｕ－Ｃｒ合金。真空感应熔炼法制造的Ｃｕ－Ｃｒ合金机械强度好，Ｃｒ枝晶相对较细，Ｃｕ与Ｃｒ两相界面结合良好，材料的密度高，合金中Ｃｒ枝晶不利于耐电压强度的提高。此外，真空感应熔炼法铸造的Ｃｕ－Ｃｒ合金内部容易存在宏观气孔、夹渣和成分偏析等缺陷。

［４］

２．６激光表面合金化法

激光表面合金化法主要用于制取１００～２００μｍ厚的

该合金涂层具有很高的强度和良好的耐磨Ｃｕ－Ｃｒ合金涂层。性。Ｇｅｎｇ等［１９］将机械合金化的Ｃｕ－Ｃｒ－Ｆｅ合金进行激光表面合金化，使Ｃｒ晶粒从原来的５～２２０ｍｍ减少到２．６～２５ｍｍ，显微硬度从１２０ＨＶ增加到２００～２３０ＨＶ，但该方法只能进行表面改性，不能用于制取整体的Ｃｕ－Ｃｒ合金材料。

２．７快速凝固法

由于快速凝固制备的铜合金使合金元素在铜中的固溶

度增大、晶体组织细化、偏析减少、晶体缺陷密度增加、形成新的亚稳相等，因此快速凝固技术的发展为研究和开发高性能Ｃｕ－Ｃｒ合金开辟了新的途径。快速凝固方法可以有效细

２．３定向凝固法

定向凝固法是指共晶或偏晶合金在凝固过程中采用强

４６材料导报２００８年３月第２２卷第３期

化合金的晶粒度，在制备细晶、超细晶Ｃｕ－Ｃｒ系合金材料中有着非常广阔的应用前景。例如，Ｃｒ相尺寸的细化可提高耐电压强度，降低截流值，同时开断性能及抗熔焊性能无明显变化。目前制备和开发高性能Ｃｕ－Ｃｒ合金的快速凝固方法主要有雾化制粉法、喷射沉积法、旋铸法等。雾化技术可用来取代机械破碎法制备Ｃｕ－Ｃｒ合金粉末，然而在雾化过程中，由于Ｃｒ颗粒的氧含量会随着其所含杂质的增加而增加，因此所制成的电极的氧含量相应也高，从而降低了合金的电流分断能力。另外，由于在Ｃｒ颗粒表面产生了氧化膜，使

３Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术最新进展

电磁悬浮熔炼是把金属或者其它导体放置在载有高频

电流的同轴线圈产生的高频交变电磁场中，金属试样中引起的涡流与高频电磁场相互作用，导致了悬浮力和侧向稳定力的产生，从而使金属试样在空间悬浮加热，直至熔化。由于电磁悬浮熔炼具有加热和熔化速度快、加热温度高、金属在冶炼过程中不接触坩埚、易挥发的杂质能被蒸馏或抽出、金属熔体由于电磁作用能被彻底地混合、熔体无污染等特点，因此广泛应用于高活性、高熔点的金属熔炼，材料的深过冷和快速凝固，材料物性参数测定和气体金属、气体熔渣相互作用等方面的研究。

在真空状态下，当气氛压力小于氧化物的分解压力时，许多稳定的氧化物都变得不稳定，耐火材料可变成合金的二次氧化污染源，甚至铁基合金也难幸免。由于Ｃｒ的活性大于铁，坩埚材料对其Ｃｕ－Ｃｒ合金的污染危害更大，所以其成为限制Ｃｕ－Ｃｒ合金冶炼发展的主要原因。采用电磁悬浮无容器凝固技术，液体金属不与耐火材料接触，可以避免坩埚材料的限制，从根本上解决坩埚材料污染Ｃｕ－Ｃｒ合金的难题。电磁悬浮熔炼Ｃｕ－Ｃｒ合金是首先将电弧熔炼的Ｃｕ－Ｃｒ合金样品放在中空的陶瓷支撑杆上，抽至一定真空后，充入高纯氩气，然后接通电源，调节功率使样品感应加热并悬浮起来，待合金样品完全熔化并保温一段时间以后，从中空陶瓷支撑杆中吹入高纯氦气，使样品在悬浮状态下凝固。悬淬Ｃｕ－Ｃｒ合金与电磁悬浮一样通过高频感应加热使合金样品在悬浮状态下熔化，待合金样品完全熔化并保温一段时间以后，将陶瓷支撑杆移开，然后突然断电，Ｃｕ－Ｃｒ合金熔体在重力作用下落到Ｃｕ板上，从而实现快速凝固。Ｇａｏ等［２７］实现了Ｃｕ７１Ｃｒ２９合金的电磁悬浮无容器凝固与悬淬实验。由于突破了坩埚材料的限制，周志明［２８］通过电磁悬浮熔炼法和悬淬法成功实现了研Ｃｒ含量高达７０％（原子分数）的Ｃｕ－Ｃｒ合金的快速凝固。

究结果发现电磁悬浮熔炼的Ｃｕ－Ｃｒ合金由于强烈的电磁搅拌作用，显微组织均匀，没有偏析现象。当合金中Ｃｒ含量高于１５％（原子分数）时，悬淬Ｃｕ－Ｃｒ合金中开始出现亚稳态的液相分离。随着合金中Ｃｒ含量的增加，富Ｃｒ枝晶不断减少，富Ｃｒ球的直径不断增大，且富Ｃｒ球中出现二次液相分离的富Ｃｕ相。

Ｃｒ颗粒变得很难熔化，难以从喷嘴处雾化。为了充分熔化Ｃｒ颗粒，Ｃｕ－Ｃｒ合金的熔炼温度必须提高，这就必须提高

受热体如加热器隔热材料、坩埚等的耐热能力，从而增加了生产的成本。喷射沉积是把雾化与雾化熔滴的沉积结合起来，工序少，流程快，能直接从液态金属制取具有快速凝固组织特征、整体致密、接近零件实际形状的高性能材料。张永安等

［２０］

采用喷射成形工艺制备的Ｃｕ７１Ｃｒ２９合金微观组织均匀，

析出的Ｃｒ相细小而弥散地分布在Ｃｕ基体中，Ｃｒ相尺寸为

３～１０μｍ，这将大幅度提高材料的耐电压强度和抗电击穿等电学性能，但致密度较低，仅为９５％。Ｗａｎｇ等［２１］采用喷射沉积制备的Ｃｕ－１．２％Ｃｒ（质量分数）合金显微组织以良好

喷射沉积技术的等轴晶形式存在，并具有很好的变形性能。

的不足之处在于沉积颗粒不均匀，Ｌｉ等［２２］采用喷射沉积法制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金中，颗粒大的达到１２０μｍ，小的仅２μｍ。此外，合金的含Ｃｒ量越高，造成体系的熔点越高，合金液体的导出方式、雾化喷嘴的设计均对设备提出更高要求，给喷射沉积过程带来很大难度，这些将是开发喷射沉积Ｃｕ－Ｃｒ触头材料所须克服的主要问题

［２３］

。Ｚｈｏｕ等

［２４］

发现旋铸的

Ｃｕ７１Ｃｒ２９合金出现液相分离，并且受到坩埚材料的污染。Ｓｕｎ等［２５，２６］采用旋铸法制备了Ｃｒ含量高达４０％（原子分数）的Ｃｕ－Ｃｒ合金，并在条带中观察到球状的富Ｃｒ相。

快速凝固技术制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金可以大幅度提高Ｃｒ在Ｃｕ中的固溶度和细化晶粒，经适当的时效处理后，过饱和固溶体分解，析出的Ｃｒ相细小均匀弥散地分布在Ｃｕ基

体及晶界上，大多与基体间保持共格关系，产生所谓的“共

［３］格强化效应”，并且随着Ｃｒ相的析出，Ｃｕ－Ｃｒ合金的导电

率得到一定程度的恢复。快速凝固与时效相结合不仅极大地提高了合金的室温和高温强度，而且改善了合金的耐磨性和耐腐蚀性等。尽管快速凝固技术制备Ｃｕ－Ｃｒ合金研究取得了很大进展，但是快速凝固制备的Ｃｕ－Ｃｒ合金材料仍然存在许多不足。目前旋铸急冷技术也基本成熟，但其产品有规格上的局限性（厚度不可能太大），还不能制备大铸锭合金，应用范围较窄，无法生产如电气化列车用滑接双沟导线类大截面产品；水雾化法存在含氧量较高的缺点，虽在水中加入防腐剂可降低合金的含氧量，但生产活性很高的金属和合金仍有一定的困难，并且获得的粉末颗粒一般较小；喷射沉积工艺对熔炼设备及惰性气体的纯度等有较高的要求，而且其对高温坩埚材料、导流管材料及工艺参数的选择都较熔铸法敏感，只有严格控制每一个环节才能获得合格的产品［２］。

４展望

（１）目前在工业生产中，由于坩埚材料的限制，作为真空

断路器中广泛使用的Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料在Ｃｒ含量高于

３０％（原子分数）时，大都采用熔渗法或者混粉烧结法制造，

而这两种方法都会使Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料产生机械强度低、致密性较差、气体含量高等缺陷。电磁悬浮熔炼Ｃｕ－Ｃｒ

合金可以突破坩埚材料的限制，并且由于强烈的电磁搅拌作用，使合金的显微组织更加均匀，因此电磁悬浮熔炼Ｃｕ－Ｃｒ合金为高Ｃｒ含量Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料的工业生产提供了一种新的冶炼方法，也对Ｃｕ－Ｃｒ合金和其它高活性高熔点金属的研究具有深远的借鉴意义。

（２）由于晶粒细化在提高材料强度的同时可以提高材料

Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术的研究进展／周志明等

的塑性，因此许多学者通过快速凝固来细化Ｃｕ－Ｃｒ合金的晶粒，使其综合性能大大提高。在以往的研究中，由于高温下

４７

［Ｊ］．ＳｃｉＴｅｃｈｎＡｄｖａｌｌｏｙｄｕｒｉｎｇｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ

Ｃｒ才与坩埚材料发生反应，因此高Ｃｒ含量Ｃｕ－Ｃｒ合金的快

速凝固行为研究受到一定的限制。悬淬法可以实现Ｃｒ含量高达７０％（原子分数）的Ｃｕ－Ｃｒ合金的快速凝固，大大增加了Ｃｒ在Ｃｕ中的固溶度。结合时效处理可以大大提高Ｃｕ－Ｃｒ合金的综合性能，因此悬淬法为高性能Ｃｕ－Ｃｒ合金的快速凝固研究提供了一种新型的方法。

Ｍａｔｅｒ，２００５，６：９５０

１４ＰｅｎｇＬＭ，ＭａｏＸＭ，ＸｕＫＤ，ｅｔａｌ．Ｉｎ－ｓｉｔｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅ

Ｃｕ－Ｃｒｃｏｎｔａｃｔｃａｂｌｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｃｏｎｄｕｃ－

［Ｊ］．ＲａｒｅＭｅｔａｌｓ，２００２，２１：６２ｔｉｖｉｔｙ１５ＰｅｎｇＬＭ，ＭａｏＸＭ，ＸｕＫＤ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｒｍａｌ

［Ｊ］．ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｓｉｔｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅＣｕ－ＣｒａｌｌｏｙｃｏｎｔａｃｔｃａｂｌｅＪＭａｔｅｒＰｒｏｃＴｅｃｈｎ，２００５，１６６：１９３

１６ＰｒａｓａｄＶＶＳ，ＲｅｄｄｙＹＳ，ＰｒａｋａｓｈＵ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｉｎ－ｓｉｔｕｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｈｒｏｍｉｕｍｏｘｉｄｅｄｕｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇｃｒｕｃｉｂｌｅｍｅｌｔｉｎｇｏｆＣｕ－Ｃｒａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＩＳＩＪＩｎｔ，

２００６，４６：７７６１７１８

杨欢，张延安，牛丽萍，等．自蔓延熔铸法制备Ｃｕ－Ｃｒ合金的研究［Ｊ］．材料导报，２００１，１５（４）：５９

豆志河，张廷安，赫冀成，等．Ｃｕ－Ｃｒ合金触头材料的研究进展［Ｊ］．材料导报，２００５，１９（１０）：６３

参考文献

１

ＭüｌｌｅｒＲ．Ａｒｃ－ｍｅｌｔｅｄＣｕ－Ｃｒａｌｌｏｙｓａｓｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｖａｃｕｕｍｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒｓ［Ｊ］．ＳｉｅｍｅｎｓＦｏｒｓｃｈ．－ｕＥｎｔｗｉｃｋｌ．

Ｂｅｒ．Ｂｄ，１９８８，１７：１０５２３４

冼爱平，朱耀宵．Ｃｕ－Ｃｒ触头合金制备技术的发展［Ｊ］．金属学报，２００３，３９：２２５

刘平，康布熙，曹兴国，等．快速凝固Ｃｕ－Ｃｒ合金时效析出的共格强化效应［Ｊ］．金属学报，１９９９，９：６７７

ＺｈａｎｇＣＹ，ＷａｎｇＹＰ，ＹａｎｇＺＭ，ｅｔａｌ．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｖａｃｕｕｍｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｅｌｔｅｄＣｕＣｒ２５ａｌｌｏｙｓ

［Ｊ］．ＪＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐ，２００４，３６６：２８９

１９ＧｅｎｇＨＲ，ＬｉｕＹ，ＣｈｅｎＣＺ，ｅｔａｌ．Ｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｒｅｍｅｌｔ－

ｉｎｇｏｆＣｕ－Ｃｒ－Ｆｅｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＴｅｃｈｎ，２０００，１６：５６４２０

张永安，熊柏青，刘红伟，等．ＣｕＣｒ２５触头材料的喷射成形制备及其组织分析［Ｊ］．中国有色金属学报，

５ＷａｎｇＹＰ，ＤｉｎｇＢＪ．ＴｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅａｎｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＣｕＣｒｃｏｎｔａｃｔｍａｔｅｒｉ－［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＣｏｍｐＰａｃｋＴｅｃｈｎ，１９９９，２２：１６７ａｌｓ

６ＦｕＧＹ，ＮｉｕＹ，ＧｅｓｍｕｎｄｏＦ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｗｏ－ｐｈａｓｅＣｕ－Ｃｒａｌｌｏｙｓｉｎ１ａｔｍＯ［２Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２００３，４５：５５９

２００３，１３：１０６７

２１ＷａｎｇＸＦ，ＺｈａｏＪＺ，ＨｅＪ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｉ－

ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｐｒａｙ－ｆｏｒｍｅｄ

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００７，４６０－４６１：６９Ｃｕ－Ｃｒａｌｌｏｙｓ２２ＬｉＺ，ＳｈｅｎＪ，ＣａｏＦ，ｅｔａｌ．Ａｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｃｏｎ－

ｄｕｃｔｉｖｉｔｙｃｏｐｐｅｒａｌｌｏｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｐｒａｙｆｏｒｍｉｎｇ［Ｊ］．ＪＭａｔｅｒＰｒｏｃＴｅｃｈｎ，２００３，１３７：６０２３

夏茅栗，张济山，张永安，等．大功率真空短路开关用

７

ＣａｏＺＱ，ＳｈｅｎＹ，ＬｉｕＷＨ，ｅｔａｌ．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＣｕ－３０Ｎｉ－Ｃｒａｌｌｏｙｓａｔ７００～８００℃ｉｎ１ａｔｍｏｆ

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００６，４２５：１３８ｐｕｒｅｏｘｙｇｅｎ

ＢａｋａｎＨＩ，ＫａｙａｌｉＥＳ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔａｎｄ

８Ｃｕ－Ｃｒ触头材料研究现状及进展［Ｊ］．材料导报，２００２，

（１１）：４１６

２４ＺｈｏｕＺＭ，ＧａｏＪＲ，ＷａｎｇＹＰ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ

ｒａｐｉｄｌｙｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄＣｕ－２５ｗｔ％Ｃｒａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００５，３９８：３１８

ｓｔｅａｒａｔｅａｄｄｉｔｉｖｅｓｏｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣｕ－２５Ｃｒ

［Ｊ］．ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌ，２００３，４６（３）：２５９ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ９

ＬｉｕＪＬ，ＷａｎｇＥＤ，ＬｉｕＺＹ，ｅｔａｌ．Ｐｈａｓｅｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎｄｅ－

ｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｄＣｕ－１５ｗｔ％Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙ

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００４，３８２：３０１ｅｌｅｍｅｎｔａｌｐｏｗｄｅｒｓ

１０ＬｅｅＫＬ，ＷｈｉｔｅｈｏｕｓｅＡＦ，ＷｉｔｈｅｒｓＰＪ，ｅｔａｌ．Ｎｅｕｔｒｏｎ２５ＳｕｎＺＢ，ＺｈａｎｇＣＹ，ＺｈｕＹＭ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆ

［Ｊ］．ＪＡｌｌｏｙｓｍｅｌｔ－ｓｐｕｎＣｕ１００－ｘ－Ｃｒｘ（ｘ＝３．４～２５）ｒｉｂｂｏｎｓＣｏｍｐ，２００３，３６１：１６５

２６ＳｕｎＺＢ，ＷａｎｇＹＨ，ＧｕｏＪ，ｅｔａｌ．Ｌｉｑｕｉｄａｎｄｓｏｌｉｄｐｈａｓｅ

ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｍｅｌｔｓｐｉｎｎｉｎｇａｎｄａｎｎｅａｌｉｎｇｉｎｍｅｌｔ－ｓｐｕｎ

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００７，４５２－４５３：４１１Ｃｕ－Ｃｒｒｉｂｂｏｎｓ２７ＧａｏＪＲ，ＷａｎｇＹＰ，ＺｈｏｕＺＭ，ｅｔａｌ．Ｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎ

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇＡ，２００７，４４９－ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄＣｕ－Ｃｒｍｅｌｔｓ４５１：６５４

２８周志明．Ｃｕ－Ｃｒ合金的高温相平衡及凝固行为研究：

［博士学位论文］．沈阳：中国科学院金属研究所，２００７

ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｄｅｆｏｒｍａ－

［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｄｃｏｐｐｅｒ－ｃｈｒｏｍｉｕｍｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＥｎｇＡ，２００３，３４８：２０８１１

周志明，蒋鹏，王亚平．ＣｕＣｒ２５合金的机械变形及性能［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００５，３４：２０８

１２ＲａａｂｅＤ，ＧｅＪ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ｏｆＣｒｆｉｌａｍｅｎｔｓｉｎａＣｕ－Ｃｒ－Ａｇｉｎｓｉｔｕｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．Ｓｃｒ

Ｍａｔｅｒ，２００４，５１：９１５

１３ＨｕＲ，ＢｉＸ，ＬｉＪ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔａｎｄ

ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｙｐｏｅｕｔｅｃｔｉｃＣｕ－１．０ｗｔ％Ｃｒ

（责任编辑云哲）