铜铬（CuCr）系合金是指以Cu为基体，加入Cr和其他微量合金元素形成的一系列合金。因其热处理后具有较高的强度和硬度，具有良好的导电导热性及抗腐蚀性，在很多行业都得到了广泛的应用。其中，用量较大的是低铬含量的CuCr合金，而高铬含量的Cu Cr合金长期以来一直没有得到实际应用。直到1980年以后，这种新材料才被大规模地应用于电接触材料。
在CuCr合金中，Cu组元具有较低的熔点、高的导热导电性和良好的塑性；第二组元Cr具有较高的熔点和高的机械强度。Cu、Cr组元的各自特性给铜铬合金的制备带来了较为严重的困难。固态时，面心立方的的Cu和体心立方的Cr几乎不互溶，共晶点的含Cr量为1.5%，Cr在Cu中的最大固溶度（0.7%）出现在共晶温度1 076℃，600℃以下则几乎不容，而Cu不溶于Cr中。合金凝固时，Cr有共晶化的倾向，易造成成分偏析；Cr熔点较高，在高温时与普通熔炉材料发生反应剧烈，且在熔点温度下有较高的蒸汽压。另外，Cr和O、N、C的亲和力大，易吸气和产生不易还原的化合物，从而影响材料的性质，也难以制备低含气量的合金。因此，研究者广开思路，设计出多种工艺方法，以求获得高性能的CuCr合金。
目前，CuCr合金的制备工艺主要有常规熔炼技术、熔渗技术、等离子体技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、自蔓延合成技术、激光表面合金化技术等。对低Cr含量的合金，大多数采用常规熔炼技术和快速凝固技术；对于高Cr含量的合金，多采用其他几种方法。
一、常规熔炼技术
对于低Cr含量的CuCr合金，即铬青铜，一般采用普通熔铸法制备。Cr组元以纯Cr或以中间合金的形式加入。原材料采用电解铜、铜铬中间合金或铬颗粒，一般采用石墨坩埚，含碳覆盖剂。先将坩埚预热至暗红色，加入经预热的电解铜炉料，以快速熔炼；待电解铜基本熔化后，加入约占1.5%的长效复合覆盖剂，用钟罩压入坩埚中部；继续熔炼升温至1250℃左右时，加入中间合金或铬颗粒，再熔炼10－15min，并用石墨棒对合金液搅拌使成分均匀，稍后即可出炉。浇注时，可采用砂型或金属型。金属型相对于砂型而言，冷却速度较大，生产的铜合金晶粒较小，机械性能高。普通熔铸法虽然生产成本低，但其生产的铜合金存在晶粒粗大、偏析严重、杂质含量高等问题，且难以制备含Cr量较高的合金。
二、快速凝固技术
为了得到更高的综合性能，低Cr含量的CuCr合金也采用快速凝固技术进行熔炼。对于高Cr含量的CuCr系合金，主要用作触头材料。触头材料是开关电器中的最关键部件之一，其质量好坏直接影响着电器的可靠接通、分断、抗熔焊性、截流、耐压、升温、寿命等。理想的触头材料应具有以下性能：大的电流开断能力、高的承受电压能力、小的接触电阻、抗熔焊性能好、低的触头磨损、小的截断电流、足够的机械强度、良好的加工性能。
大容量真空开关的发展，对CuCr触头材料提出了更高的要求，必须进一步提高CuCr触头材料的耐电压强度、开断电流能力、抗熔焊性能及降低材料的截流值等性能。其中，细化CuCr合金微观组织中的Cr粒子，是提高触头材料综合性能的有效手段。研究表明，当Cr粒子尺寸细化到纳米尺度时，将会呈现出与常规粗晶材料不同的优异电性能，如低的平均截流值和良好的电弧分散特性等。为达到该目的，拟采用真空熔炼－单辊熔体快淬方法制备CuCr合金。目前，实际中所使用的CuCr触头材料含Cr量在25%～50%之间。国内，人们更倾向于使用含Cr量较低的CuCr触头材料，如CuCr25。笔者考虑实际使用情况后，将CuCr25触头材料选为实验研究的主要对象，但为了较全面地了解冷却速度的变化、添加合金化元素以及热时效工艺CuCr合金微观组织和电性能的影响，将CuCr合金中的含Cr量设计在2％～35％之间。笔者首先研究冷却速度对不同成分的CuCr合金微观组织的细化作用；通过采用快速凝固，力争实现CuCr合金微观组织中Cr粒子的纳米化。
随着CuCr合金中Cr含量的增加，初生Cr相的形貌由球形转变为树枝型，且尺寸明显增大。当Cr含量为25%时，初生Cr枝晶的尺寸达到mm级。随着Cr含量的增加，CuCr合金铸锭微观组织中初生Cr相的生长方式会发生转变，即由细等轴晶向树枝晶转变，结果导致CuCr合金铸锭的微观组织不断粗化。
（作者单位：山西省榆次液压有限公司技工学校）
