[發明專利]一種高強高耐蝕銅合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201711099261.3
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107779660A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 周延軍;宋克興;楊冉;宋正成;國秀花;張彥敏;趙思敏;楊少丹;郜建新;張學賓;劉亞民;王旭;郭保江
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C9/01;C22C1/03
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 張兵兵

技術領域

本發明屬于銅合金領域，具體涉及一種高強高耐蝕銅合金及其制備方法。

背景技術

耐蝕銅合金因具有高的換熱系數、優良的抗海洋生物附著能力和耐海水腐蝕性能，廣泛應于海洋工程中的海水淡化裝置、艦船汽輪機用冷凝氣管、石油精煉設備及濱海電站及原子能電站的熱交換器用管等領域。目前已開發的耐蝕銅合金主要有以下幾大類型：(1)素有“海軍黃銅”之稱的鋁黃銅、錫黃銅，如HSn70-1、HSn60-1等；(2)錫青銅，如QSn4-4-4、QSn-5-5、QSn6-6-3等；(3)Cu-Ni系白銅合金，如B10(Cu-10Ni-1Fe-1Mn)、B30(Cu-30Ni-1Fe-lMn)。然而，在高溫、高濕、高鹽、高流速等復雜苛刻海洋環境服役條件下，傳統耐蝕銅合金的力學性能和耐蝕性能越來越難以滿足上述要求。

申請公布號為CN102352452A的專利公開了一種耐腐蝕銅合金材料，其是以銅鋅黃銅合金為基體，通過添加鋅、鋁、鎳、硅、硼、錳、稀土等元素，來達到提高合金的力學性能和耐蝕性能的目的。

現有的耐蝕銅合金，合金元素組成復雜，且含有稀土元素，導致合金生產成本高。因此，開發一種苛刻服役條件下高強高耐蝕、低成本的新型耐蝕銅合金對于我國海洋工程具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強高耐蝕銅合金，從而解決現有銅合金的合金元素復雜、生產成本高的問題。

本發明的第二個目的在于提供上述高強高耐蝕銅合金的制備方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種高強高耐蝕銅合金，由以下重量百分含量的組分組成：Ni 6-8％，Al 1-7％，Fe 0.5-2％，Mn 0.5-2％，余量為銅及不可避免的雜質。

本發明提供的高強高耐蝕銅合金，通過微合金化手段，在銅基體中添加鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、錳(Mn)等多種合金元素，合金的設計依據是：Ni能夠細化晶粒，改善銅合金的耐蝕性能和屈服強度，加入Al元素形成Ni₃Al化合物產生沉淀硬化，提高合金強度和硬度，同時鋁元素能促進鈍化膜形成，提高合金耐蝕性；Fe和Mn有利于提高合金的強度和抗沖刷腐蝕能力，在上述多種元素的協同作用下，不僅提高了銅合金的力學性能，同時大幅提高了合金的耐海水腐蝕性能。該高強高耐蝕銅合金，簡化了合金元素組成，減少了鎳的使用量，降低了生產成本。

優選的，上述高強高耐蝕銅合金，由以下重量百分含量的組分組成：Ni 7％，Al 3％，Fe 1％，Mn 1％，余量為銅及不可避免的雜質。雜質成分C、S、P、Zn的總含量≤0.15％。在上述優選組成下，合金的生產成本低，力學性能和耐蝕性能達到最佳。

上述高強高耐蝕銅合金的制備方法，包括以下步驟：將金屬銅、金屬鎳、銅鐵中間合金、銅錳中間合金、金屬鋁在1150～1250℃熔煉，澆注，即得。

所述熔煉在微氧化氣氛下進行。所述微氧化氣氛是在原料加熱熔化過程中使用木炭覆蓋熔融液面，熔煉期間采用脫氧劑進行脫氧。優選的，木炭的覆蓋厚度為150～220mm。所述脫氧劑為鎂，脫氧劑的用量為熔液總重量的0.5％～1％。熔煉過程中采用石墨攪拌棒攪拌，用扒渣棒扒渣。整個熔煉過程在微氧化氣氛下進行，可使熔體中氧與木炭和鎂脫氧劑始終充分反應，有效降低熔體中的氣體含量，提高合金鑄坯的成型質量，進而改善后續耐海水腐蝕性能。

所述熔煉的時間為30～50min。在該熔煉時間下，即可保證合金具有較好的力學性能和耐蝕性能。金屬銅可采用電解銅板，金屬鎳可采用純鎳板，金屬鋁可采用純鋁錠。

優選的，熔煉時，先加入銅板加熱熔化，待銅板熔化后加入鎳板熔化，然后再加入銅鐵中間合金和銅錳中間合金熔化，最后加入鋁錠熔化。采用上述加料熔化過程，可以使得先升高溫度熔化高熔點合金(銅板、鎳板、銅鐵中間合金和銅錳中間合金)，最后加入熔點較低的鋁錠，可以有效減少高溫熔煉環境下元素的燒損，保證最終實際成分的穩定性。

澆注前，對澆注所用鑄型進行預熱，預熱的溫度為250～350℃。

所述銅板為1#電解銅板，Cu含量≥99.95wt.％；所述鎳板為1#電解鎳板，Ni含量≥99.96wt.％；所述鋁錠中Al≥99.0wt.％。

所述銅鐵中間合金為Cu-10Fe中間合金，所述銅錳中間合金為Cu-22Mn中間合金。