采用粉末冶金法制备CuMn12Ni3精密电阻合金材料的方法与流程

一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法

技术领域

1.本发明涉及合金技术领域，具体是涉及一种采用粉末冶金法制备 cumn12ni3精密电阻合金材料的方法。

背景技术：

2.铜锰合金作为一种电阻材料，是用来制作电子仪器、测量仪表以及其他工业装置中电阻元件的一种基本材料。作为电阻合金材料，其具有很小的电阻、低的温度系数、对铜的热电势低、电阻的高稳定性及较高的电阻率等特点，并可制成粉、线、箔、片、带、棒、管等形状。主要用于制作标准电阻器，分流器，精密或普通电阻元件、高等级计量用电压、电流、电桥、电位差计及其他仪器仪表的精密电阻元件，更适合制作基准用的标准电阻器的电阻元件。

3.由于锰的化学性质极为活波，极易发生氧化，锰在高温下极易氧化与挥发，故在熔炼时锰元素成分含量不易控制、目前国内生产的产品质量偏低，产能偏小，电阻温度系数偏大，无法满足国内高端市场的需求。促使各国科学研究工作者不断地进行了众多的研究工作，探寻合理的高性能cumnni系精密电阻合金工艺，以满足新技术不断发展的需要。

4.自从德国人研制出锰加宁合金以来，科研工作者经过不断的探索研宄，已开发出一系列铜锰合金，包括cu-mn-ni、cu-mn-si、cu-mn-al、cu-mn-sn等合金体系。其中应用最广泛的是cu-mn-ni系合金，cu-mn-ni拥有极低的电阻温度系数和对铜热电动势率，且易于变形加工，拥有良好的焊接性能，是用于分流器电阻的理想材料之一。

5.目前国内市场高端的锰铜合金都是进口的，国内生产工艺多采用非真空熔炼，生产的合金材料杂质含量高，成分组织不均匀，制成的各种精密仪表弹性元件性能相比国外较差。

6.目前，国内关于锰铜合金的制备方法主要有以下几种方法：

7.1)非真空熔铸-电渣重熔法：金属铜、锰、镍配料，非真空熔炼，电渣重熔，元素易烧损，成分不均匀及一致性差。

8.2)真空熔炼-金属型浇注：金属铜、锰、镍配料，真空熔炼，金属型浇注，方法对模具要求较高，对于特殊产品可实现性差。

9.3)水平连铸法：大气中熔炼，水平连铸棒、板材，材料烧损大，材料成分均匀性和各炉次一致性差。

技术实现要素：

10.本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种采用高均匀性粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金的方法。

11.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

12.一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，包括以下步骤：

13.s1、制粉：

14.取电解铜板、电解镍板、电解锰片，分别装炉并进行真空熔炼提纯，然后将熔体分别采用气雾化法制粉得到相应雾化粉末，再采用超声波振动筛分机进行筛分，筛分的粉末粒度区间为20～55μm，最后经干燥得到cu粉、ni粉及mn粉；

15.所述气雾化法制粉的工艺及参数为：取各熔体分别采用超音速雾化器作为雾化设备，在惰性气氛下，控制惰性气体流量为0.2～0.3m3/s，惰性气体压力为 4～6mpa，铜溶液雾化熔体温度为1200～1300℃，镍溶液雾化熔体温度为 1550～1650℃，锰溶液雾化熔体温度为1400～1500℃，分别制备得到相应雾化粉末；

16.说明：气雾化法制粉过程中，气体流量及气体压力主要是用于控制气雾化制粉的颗粒大小，如果气体流量计压力调小，会增大制粉的颗粒，不能达到预定目标，相反流量过大或者压力过大都会降低制粉颗粒尺寸，影响目标，雾化溶体温度是通过各元素的熔点决定的，一般都高于熔点100～200℃，过高或者过低都会影响制粉的质量，过低凝固太快，原子运动速度较慢，不利于后期制粉，相反，如果温度过高，首先挥发增强，且运动加快，需要先降温后进行操作，效率较低；

17.s2、配料：

18.按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：mn 11.5～12.5％，ni 2.5～3.5％，余量为cu，按所述配比称取s1制备的mn粉、ni粉及cu粉；

19.s3、冷等静压：

20.将配好的cumn12ni3合金粉末采用冷等静压技术压制成cumn12ni3压坯；

21.s4、烧结：

22.将压好的cumn12ni3压坯在还原性气氛下烧结，得到烧结坯；

23.s5、挤压拉拔：

24.将完成烧结的cumn12ni3烧结坯采用热挤压法进行挤压，并进行冷拉拔处理；

25.s6、均匀化热处理：

26.将完成拉拔后的cumn12ni3丝材进行均匀化热处理，均匀化热处理的温度为780～830℃，均匀化热处理的时间为2.5～3h，然后冷却，得到cumn12ni3精密电阻合金丝。

27.说明：真空熔炼是在接近绝对真空下(真空度在0.3-0.5pa)进行材料熔炼，在熔炼过程避免非真空产生吸气及氧化问题，并且原材料通过雾化制粉后，再经混粉、烧结、挤压后材料组织更为均匀、致密，无熔炼偏析现象。

28.进一步地，在上述方案中，所述步骤s3中，冷等静压的压力为300～400mpa，冷等静压的压制时间为20～25min。

29.说明：压力过低不利于压坯成型，紧实度很差，比较松散，压力过大造成粘合力太强，中间空间太小，压坯内应力增大，压坯脱模后开裂，因此必须控制在一定范围内。

30.进一步地，在上述方案中，所述步骤s4中，还原性气氛为氢气、分解氨或 co气氛中的任一种。

31.进一步地，在上述方案中，所述步骤s4中，烧结温度为980～1030℃，烧结时间为3～4h。

32.说明：烧结温度过低，导致无法成型，过高则会出现过烧，氧化现象，烧结时间太短也会导致无法成型，时间太长则会导致材料松散，紧实度降低，效率偏低问题，因此必须控

制在合理的范围内。

33.进一步地，在上述方案中，所述步骤s5中，热挤压温度为830～880℃880℃。

34.说明：热挤压是让合金材料属于加热态，材料塑性好，可以有大变形，通过热挤压可以挤压成所需棒料的尺寸，并且热挤压具有变形条件好，挤压的制品尺寸精确、表面质量好且有细化晶粒组织、生产灵活性大的特点。

35.进一步地，在上述方案中，所述步骤s5中，冷拉拔丝处理在室温下进行，中间退火温度为780～830℃，时间为2.5～3h。

36.说明：冷拉拔丝处理为常温态操作，可以提高材料硬度及强度，材料通过多道次拉拔至成品尺寸，可提高材料韧性和抗拉强度，得到较好的力学性能。

37.进一步地，在上述方案中，所述步骤s6中，均匀化热处理的温度为800℃，均匀化热处理的时间为3h，冷却方式为空冷或炉冷。

38.说明：热处理可以提高材料的机械性能、消除塑性加工应力、改善金属的内部组织、切削加工性，进而改善材料的使用性能，提高产品质量和寿命。并且修复材料中的部分偏析问题，更有利于后续进一步加工。热处理时间太短则应力消除不完全，影响后续加工，时间过长则会造成晶粒长大，影响材料塑性，影响后续变形加工。

39.进一步地，在上述方案中，所述步骤s1中，所述惰性气体为氮气。

40.说明：通过惰性气体保护，可避免材料被氧化。

41.作为一种改进，在上述方案中，还包括步骤s7和s8，

42.s7、将s6所得电阻合金丝在真空条件下经过再结晶处理，所述再结晶处理的工艺参数为：在真空条件下于500～550℃退火30min，然后再升温至850～920℃退火120～180min；

43.s8、将s7处理后的电阻合金丝进行多级时效处理，所述多级时效处理方法为：将电阻合金丝置于鼓风干燥箱中，在温度为350～420℃的条件下，鼓风干燥 1～20h，然后冷却至常温，反复进行2～10次以上操作，即完成多级时效处理。

44.说明：通过再结晶处理可以使得产品内部具有精细的再结晶织构，即使得成品具有更好的组织结构，进一步提高了产品的稳定性及抗拉强度，通过多级时效处理，使得产品的组织更加稳定，延伸率更好。

45.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明采用粉末冶金法制备 cumn12ni3精密电阻合金，通过真空熔炼减少元素烧损，可以避免外界杂质进入材料本体内，夹杂及烧损非常少，后续通过雾化制粉，并且通过工艺参数设定及不断试验、性能检测，研究出最优工艺参数，克服了现有技术的不足，使得制备的cumn12n3i合金组织致密，少气孔、夹杂，无宏观、微观偏析等缺陷。

附图说明

46.图1为本发明的工艺流程图；

47.图2为本实施例4的工艺流程图；

48.图3为本实施例4所制备的产品金相组织图，其中，图a为50

×

，图b为100

×

。

具体实施方式

49.实施例1

50.一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，如图1所示，包括以下步骤：

51.s1、制粉：

52.取电解铜板、电解镍板、电解锰片，分别装炉并进行真空熔炼提纯，然后将熔体分别采用气雾化法制粉得到相应雾化粉末，再采用超声波振动筛分机进行筛分，筛分的粉末粒度区间为20～35μm，最后经干燥得到cu粉、ni粉及mn粉；

53.所述气雾化法制粉的工艺及参数为：取各熔体分别采用超音速雾化器作为雾化设备，在氮气气氛下，控制惰性气体流量为0.2m3/s，惰性气体压力为4mpa，铜溶液雾化熔体温度为1200℃，镍溶液雾化熔体温度为1550℃，锰溶液雾化熔体温度为1400℃，分别制备得到相应雾化粉末；

54.s2、配料：

55.按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：mn 11.5％，ni 2.5％，余量为cu，按所述配比称取s1制备的mn粉、ni粉及cu粉；

56.s3、冷等静压：

57.将配好的cumn12ni3合金粉末采用冷等静压技术压制成cumn12ni3压坯，其中，冷等静压的压力为300mpa，冷等静压的压制时间为20min；

58.s4、烧结：

59.将压好的cumn12ni3压坯在还原性气氛下烧结，得到烧结坯，其中，还原性气氛为氢气；烧结温度为980℃，烧结时间为3h；

60.s5、挤压拉拔：

61.将完成烧结的cumn12ni3烧结坯采用热挤压法进行挤压，并进行冷拉拔处理；热挤压温度为830℃，挤压成直径为φ20mm的棒材；冷拉拔丝处理在室温下进行，中间退火温度为780℃，时间为2.5h；拉拔工艺为φ20mm

→

中间退火

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φ18mm

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中间退火

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φ16mm

→

中间退火

→

φ14mm

→

中间退火

→

φ12mm

→

中间退火

→

φ10mm，得到拉拔丝材；

62.s6、均匀化热处理：

63.将完成拉拔后的cumn12ni3丝材进行均匀化热处理，均匀化热处理的温度为780℃，均匀化热处理的时间为2.5h，然后空冷，得到cumn12ni3精密电阻合金丝。

64.实施例2

65.一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，包括以下步骤：

66.s1、制粉：

67.取电解铜板、电解镍板、电解锰片，分别装炉并进行真空熔炼提纯，然后将熔体分别采用气雾化法制粉得到相应雾化粉末，再采用超声波振动筛分机进行筛分，筛分的粉末粒度区间为30～40μm，最后经干燥得到cu粉、ni粉及mn粉；

68.所述气雾化法制粉的工艺及参数为：取各熔体分别采用超音速雾化器作为雾化设备，在氮气气氛下，控制惰性气体流量为0.26m3/s，惰性气体压力为5mpa，铜溶液雾化熔体温度为1250℃，镍溶液雾化熔体温度为1600℃，锰溶液雾化熔体温度为1450℃，分别制备得到相应雾化粉末；

69.s2、配料：

70.按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：mn 12％，ni 3％，余量为 cu，按所述配比称取s1制备的mn粉、ni粉及cu粉；

71.s3、冷等静压：

72.将配好的cumn12ni3合金粉末采用冷等静压技术压制成cumn12ni3压坯，其中，冷等静压的压力为350mpa，冷等静压的压制时间为22min；

73.s4、烧结：

74.将压好的cumn12ni3压坯在还原性气氛下烧结，得到烧结坯，其中，还原性气氛分解氨；烧结温度为1000℃，烧结时间为3h；

75.s5、挤压拉拔：

76.将完成烧结的cumn12ni3烧结坯采用热挤压法进行挤压，并进行冷拉拔处理；热挤压温度为860℃，挤压成直径为φ20mm的棒材；冷拉拔丝处理在室温下进行，中间退火温度为800℃，时间为2.5h；拉拔工艺为φ20mm

→

中间退火

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φ18mm

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中间退火

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φ16mm

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中间退火

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φ14mm

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中间退火

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φ12mm

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中间退火

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φ10mm，得到拉拔丝材；

77.s6、均匀化热处理：

78.将完成拉拔后的cumn12ni3丝材进行均匀化热处理，均匀化热处理的温度为800℃，均匀化热处理的时间为3h，然后空冷，得到cumn12ni3精密电阻合金丝。

79.实施例3

80.一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，包括以下步骤：

81.s1、制粉：

82.取电解铜板、电解镍板、电解锰片，分别装炉并进行真空熔炼提纯，然后将熔体分别采用气雾化法制粉得到相应雾化粉末，再采用超声波振动筛分机进行筛分，筛分的粉末粒度区间为40～55μm，最后经干燥得到cu粉、ni粉及mn粉；

83.所述气雾化法制粉的工艺及参数为：取各熔体分别采用超音速雾化器作为雾化设备，在氮气气氛下，控制惰性气体流量为0.3m3/s，惰性气体压力为6mpa，铜溶液雾化熔体温度为1300℃，镍溶液雾化熔体温度为1650℃，锰溶液雾化熔体温度为1500℃，分别制备得到相应雾化粉末；

84.s2、配料：

85.按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：mn 12.5％，ni 3.5％，余量为cu，按所述配比称取s1制备的mn粉、ni粉及cu粉；

86.s3、冷等静压：

87.将配好的cumn12ni3合金粉末采用冷等静压技术压制成cumn12ni3压坯，其中，冷等静压的压力为400mpa，冷等静压的压制时间为25min；

88.s4、烧结：

89.将压好的cumn12ni3压坯在还原性气氛下烧结，得到烧结坯，其中，还原性气氛co；烧结温度为1030℃，烧结时间为4h；

90.s5、挤压拉拔：

91.将完成烧结的cumn12ni3烧结坯采用热挤压法进行挤压，并进行冷拉拔处理；热挤压温度为880℃，挤压成直径为φ20mm的棒材；冷拉拔丝处理在室温下进行，中间退火温度

为830℃，时间为3h；拉拔工艺为φ20mm

→

中间退火

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φ18mm

→

中间退火

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φ16mm

→

中间退火

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φ14mm

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中间退火

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φ12mm

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中间退火

→

φ10mm，得到拉拔丝材；

92.s6、均匀化热处理：

93.将完成拉拔后的cumn12ni3丝材进行均匀化热处理，均匀化热处理的温度为830℃，均匀化热处理的时间为3h，然后随炉冷却，得到cumn12ni3精密电阻合金丝。

94.实施例4

95.本实施例与实施例1不同之处在于，如图2所示，还包括步骤s7和s8，

96.s7、将s6所得电阻合金丝在真空条件下经过再结晶处理，所述再结晶处理的工艺参数为：在真空条件下于500℃退火30min，然后再升温至850℃退火 120min；

97.s8、将s7处理后的电阻合金丝进行多级时效处理，所述多级时效处理方法为：将电阻合金丝置于鼓风干燥箱中，在温度为350℃的条件下，鼓风干燥1h，然后冷却至常温，反复进行3次操作，即完成多级时效处理。

98.本实施例所制备的产品金相组织图如图3所示。

99.实施例5

100.本实施例与实施例4不同之处在于：

101.s7、将s6所得电阻合金丝在真空条件下经过再结晶处理，所述再结晶处理的工艺参数为：在真空条件下于520℃退火30min，然后再升温至880℃退火 150min；

102.s8、将s7处理后的电阻合金丝进行多级时效处理，所述多级时效处理方法为：将电阻合金丝置于鼓风干燥箱中，在温度为400℃的条件下，鼓风干燥10h，然后冷却至常温，反复进行5次操作，即完成多级时效处理。

103.实施例6

104.本实施例与实施例4不同之处在于：

105.s7、将s6所得电阻合金丝在真空条件下经过再结晶处理，所述再结晶处理的工艺参数为：在真空条件下于550℃退火30min，然后再升温至920℃退火 180min；

106.s8、将s7处理后的电阻合金丝进行多级时效处理，所述多级时效处理方法为：将电阻合金丝置于鼓风干燥箱中，在温度为420℃的条件下，鼓风干燥20h，然后冷却至常温，反复进行12次操作，即完成多级时效处理。

107.对比例1

108.与实施例1不同之处在于，直接采用非气雾化制备的cu粉、ni粉及mn粉，其余工艺及参数与实施例1完全相同。

109.对比例2

110.与实施例4不同之处在于，直接采用非气雾化制备的cu粉、ni粉及mn粉，其余工艺及参数与实施例4完全相同。

111.对上述实施例1～6、对比例1～2的产品化学成分含量及性能分别进行检测，检测结果见表1。

112.表1实施例1～6及对比例1～2化学成分含量检测结果

[0113][0114]

由表1中可以看出，本发明实施例1-6的方法制备的cumn12ni3丝材杂质含量明显低于对比例1-2，也表明了采用雾化制粉制备各金属粉末，通过真空熔炼减少元素烧损，可以避免外界杂质进入材料本体内，夹杂及烧损非常少。

[0115]

表2：实施例1～6及对比例1～2产品性能检测结果

[0116]

[0117][0118]

根据表2的数据可以看出，本发明实施例1-6的方法制备的cumn12ni3丝材材料的各方面性能均优于对比例1-2，通过实施例4-6与实施例1-3的对比可知，通过后续再结晶处理及多级时效处理，可进一步改善产品的组织，使产品各延伸率及抗拉强度更优。技术特征：

1.一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、制粉：取电解铜板、电解镍板、电解锰片，分别装炉并进行真空熔炼提纯，然后将熔体分别采用气雾化法制粉得到相应雾化粉末，再采用超声波振动筛分机进行筛分，筛分的粉末粒度区间为20～55μm，最后经干燥得到cu粉、ni粉及mn粉；所述气雾化法制粉的工艺及参数为：取各熔体分别采用超音速雾化器作为雾化设备，在惰性气氛下，控制惰性气体流量为0.2～0.3m3/s，惰性气体压力为4～6mpa，铜溶液雾化熔体温度为1200～1300℃，镍溶液雾化熔体温度为1550～1650℃，锰溶液雾化熔体温度为1400～1500℃，分别制备得到相应雾化粉末；s2、配料：按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：mn 11.5～12.5％，ni2.5～3.5％，余量为cu，按所述配比称取s1制备的mn粉、ni粉及cu粉；s3、冷等静压：将配好的cumn12ni3合金粉末采用冷等静压技术压制成cumn12ni3压坯；s4、烧结：将压好的cumn12ni3压坯在还原性气氛下烧结，得到烧结坯；s5、挤压拉拔：将完成烧结的cumn12ni3烧结坯采用热挤压法进行挤压，并进行冷拉拔处理；s6、均匀化热处理：将完成拉拔后的cumn12ni3丝材进行均匀化热处理，均匀化热处理的温度为780～830℃，均匀化热处理的时间为2.5～3h，然后冷却，得到cumn12ni3精密电阻合金丝。2.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s3中，冷等静压的压力为300～400mpa，冷等静压的压制时间为20～25min。3.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s4中，还原性气氛为氢气、分解氨或co气氛中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s4中，烧结温度为980～1030℃，烧结时间为3～4h。5.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s5中，热挤压温度为830～880℃。6.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s5中，冷拉拔丝处理在室温下进行，中间退火温度为780～830℃，时间为2.5～3h。7.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s6中，均匀化热处理的温度为800℃，均匀化热处理的时间为3h，冷却方式为空冷或炉冷。8.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述惰性气体为氮气。

9.根据权利要求1所述的一种采用粉末冶金法制备cumn12ni3精密电阻合金材料的方法，其特征在于，还包括步骤s7和s8，s7、将s6所得电阻合金丝在真空条件下经过再结晶处理，所述再结晶处理的工艺参数为：在真空条件下于500～550℃退火30min，然后再升温至850～920℃退火120～180min；s8、将s7处理后的电阻合金丝进行多级时效处理，所述多级时效处理方法为：将电阻合金丝置于鼓风干燥箱中，在温度为350～420℃的条件下，鼓风干燥1～20h，然后冷却至常温，反复进行2～10次以上操作，即完成多级时效处理。

技术总结

本发明公开了一种采用粉末冶金法制备CuMn12Ni3精密电阻合金材料的方法，包括以下步骤：S1、采用气雾化制备得到Cu粉、Ni粉及Mn粉，S2、按重量百分比Mn 11.5～12.5％，Ni 2.5～3.5％，余量为Cu进行配料，S3、冷等静压，S4、烧结，S5、挤压拉拔，S6、均匀化热处理。本发明采用粉末冶金法制备CuMn12Ni3精密电阻合金，通过真空熔炼减少元素烧损，可以避免外界杂质进入材料本体内，夹杂及烧损非常少，后续通过雾化制粉，并且通过工艺参数设定及不断试验、性能检测，研究出最优工艺参数，克服了现有技术的不足，使得制备的CuMn12N3i合金组织致密，少气孔、夹杂，无宏观、微观偏析等缺陷。微观偏析等缺陷。微观偏析等缺陷。

技术研发人员：王朝阳 贺猛 孙君鹏 郭创立 杨红艳 王群 刘向东 田东松 王杰飞 王鑫

受保护的技术使用者：陕西斯瑞扶风先进铜合金有限公司

技术研发日：2022.10.09

技术公布日：2023/2/23