具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。

以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明实施例提供了一种无气孔铜铁合金，按照重量百分比计，包括0.01-0.03％的铝元素，5-20％的铁元素和余量的铜元素。

优选地，铝元素的质量份数为0.01％，铁元素的质量份数为15.67％，铜元素的质量份数为84.32％。

可以理解的是，铜铁合金铸造产生气孔主要为析出性气孔，在高温时，氧原子在铜液中存在，浇铸时，铜液中的氧原子结合成氧气，形成气孔。

本发明通过在铜铁合金中引入铝元素，利用铝元素与熔铸过程产生的Cu₂O和CuO反应形成Al₂O₃熔渣，熔渣漂浮在铜液顶部，使得气孔消除。

本发明另一目的在于提供一种如上述的无气孔铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照铝元素Al为0.01-0.03％、铁元素Fe为5-20％、铜元素Cu为余量的重量百分含量对铜铁合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

S2、将铁原料和铜原料加入真空感应熔炼炉中，按预设程序抽真空；

S3、加热真空感应熔炼炉至第一温度，待铁原料熔化成熔浆，加入铝原料，在第二温度下保温预设时长，通入氩气除气脱氧，熔铸后获得无气孔铜铁合金。

具体地，铁原料为纯度≥99.9％的铁块，铜原料为纯度为≥99.99％的电解铜板，铝原料为纯度≥99.99％的铝块。

需要说明的是，铝原料如果和铁原料、铜原料同时加入会导致铝在铜和铁原料熔化过程中提前挥发，这是由于铝的熔点远低于铜和铁，故起不到铝脱氧的目的，故铁原料熔化成熔浆后再加入铝原料，达到脱氧消除气孔的目的。

其中，铁原料、铜原料和铝原料在使用前均需要进行除油、清洗、烘干。以防止金属吸收氢气及氧化，降低气体的产生可能性。

进一步地，铜原料还包括纯度≥99.99％的铜箔，铜箔用于包裹铝块。将铝块用铜箔包裹的原因为：铝的密度和熔点远低于铜，包裹后可借助重力的作用将铝块掉入铜液内部，再加上铜箔的熔点高，包裹铝块后不至于造成铝块大量挥发。

步骤S2中，预设程序包括：将真空感应熔炼炉抽真空至40-60Pa，通入氩气，至炉内气压升至400-460Pa，停止氩气通入，继续抽真空至炉内气压为20-30Pa。真空度过高会降低生产效率，真空度过低则会增加产生气孔的风险。

步骤S3中，第一温度为1400-1450℃，第二温度为1300-1350℃，预设时长为2-3min。第一温度过低则不容易熔化铁块，温度过高则会产生大量的炉气，造成铜的大量挥发，第二温度过高容易造成铸件晶粒粗大，过低会导致产生冷隔等现象。

本发明通过在熔炼过程中加入一定量的铝原料，起到了消除气孔的作用，此外，由于铝原料用量少，不仅残余的铝对铜铁合金影响少，且一定程度上降低了成本。此外，该制备方法，具有工艺稳定、操作简便、熔铸生产成本低廉的优点，能有效防止气孔的产生，实现铜铁合金的工业化生产。

在上述实施例的基础上，下面结合无气孔铜铁合金的制备方法，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种无气孔铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：

1)将Cu-10％Fe合金,加入真空感应熔炼炉中，抽真空至50Pa，通入氩气，使得气压至450Pa，停止氩气通入，抽真空至25Pa；

2)加热真空感应熔炼炉至1400℃，待铁原料熔化成熔浆后，加入重量份数为0.03％的铝块，在1300℃下保温2min，通入氩气除气脱氧，熔铸后获得无气孔铜铁合金板坯。

用带锯切开熔铸的无气孔铜铁合金板坯，观察气孔情况，结果如图2所示，可以清楚看出，板坯截面光滑均匀，没有气孔。

对比例1

本实施例提供了一种铜铁合金的制备方法，作为实施例1的对比例，不加入铝原料，包括如下步骤：

1)将Cu-10％Fe合金,加入真空感应熔炼炉中，抽真空至50Pa，通入氩气，使得气压至450Pa，停止氩气通入，抽真空至25Pa；

2)加热真空感应熔炼炉至1400℃，待铁原料熔化成熔浆，在1300℃下保温2min，通入氩气除气脱氧，熔铸后获得铜铁合金板坯。

用带锯切开熔铸的铜铁合金板坯，观察气孔情况，结果如图1所示，可以清楚看出，板坯截面上布满较大和较深的孔洞，使得铸坯报废。

实施例2

本实施例提供了一种无气孔铜铁合金的制备方法，与实施例1的区别在于：

步骤2)中，加入重量份数为0.009％的铝块；

其他步骤和参数与实施例1相同。

用带锯切开熔铸的无气孔铜铁合金板坯，观察气孔情况，结果如图3所示，可以清楚看出，板坯截面上布有气孔，然而相比于对比例1，实施例2显示的气孔要小和浅。这说明加入0.09％的铝块后，同铁合金板坯上的气孔的深度和数量得到明显改善，铝块能有效防止气孔的出现。

实施例3

本实施例提供了一种无气孔铜铁合金的制备方法，与实施例1的区别在于：

步骤2)中，加入重量份数为0.01％的铝块；

其他步骤和参数与实施例1相同。

用带锯切开熔铸的无气孔铜铁合金板坯，观察气孔情况，结果如图4所示，可以清楚看出，板坯截面上没有气孔产生。这说明，当加入0.01-0.03％的铝之后，都没有气孔产生。且为了避免铝的残余影响Cu-10Fe的组织和性能，优选地，铝含量为0.01％。

实施例4

本实施例提供了一种无气孔铜铁合金的制备方法，与实施例1的区别在于：

步骤1)中，将Cu-5％Fe合金,加入真空感应熔炼炉中；

步骤2)中，加入重量份数为0.01％的铝块；

其他步骤和参数与实施例1相同。

用带锯切开熔铸的无气孔铜铁合金板坯，观察气孔情况，结果如图5所示，可以清楚看出，板坯截面上没有气孔产生。

将实施例4与实施例3对比，可以说明，对于Cu-5Fe而言，0.01％的铝的加入，同样可起到消除气孔的作用。这也表明，本发明中，铝的加入之后起到消除气孔的原因在于，对于高温熔炼的Cu-Fe合金而言，其熔炼温度高，铜液中含量大量的Cu₂O和一定量的CuO，加入纯铝之后铝可以从Cu₂O和CuO中争夺出O，形成Al₂O₃熔渣，熔渣漂浮在铜液顶部，使得气孔消除。

综上实施例，可以看出，本发明提供的无气孔铜铁合金的制备方法，可以有效防止铜铁合金真空熔铸过程中气孔的出现，方法简单易行，适用范围较广。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。