[發(fā)明專(zhuān)利]一種高耐蝕高耐磨的銅鎳合金材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010416250.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111455211A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡興浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽凱斯威精工科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C9/01
• 分類(lèi)號(hào): C22C9/01;C22C1/06;C22C1/03
• 代理公司: 銅陵市天成專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 34105
• 代理人: 吳晨亮

本發(fā)明公開(kāi)了一種高耐蝕高耐磨的銅鎳合金材料及其制備方法和應(yīng)用，一種高耐蝕高耐磨的銅鎳合金材料，它包括：75wt％?80wt％的Cu，9wt％?10wt％的Al，4wt％?5wt％的Ni，3wt％?4wt％的Fe，0.5wt％?1.2wt％的Mn，≤2wt％的Zn，≤1wt％的稀土。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)增加材料的韌性和致密度以增加耐磨性，同時(shí)滿(mǎn)足產(chǎn)品在常溫和冰區(qū)(?89℃)的條件下使用。這里所述的韌性和致密度增加主要是通過(guò)喂絲法除氣和合金調(diào)整獲得的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋裝備領(lǐng)域的材料制備方法，尤其涉及一種高耐蝕高耐磨的銅鎳合金材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段我國(guó)用于海洋工業(yè)泵類(lèi)流體設(shè)備和船舶工業(yè)的流體設(shè)備材料基本上分為鑄鐵、鑄鋼、鑄銅三種基本材料。在早期基本上采用鑄鐵和鑄鋼材料，但因其耐腐蝕性差，需要頻繁的維修，形成極大的浪費(fèi)，故在作業(yè)實(shí)踐的過(guò)程中逐步被淘汰而被不銹鋼和銅材料所替代。葉輪及螺旋槳基本采用鑄造鋁青銅，常見(jiàn)的牌號(hào)為ZCuAl9Fe4Ni4Mn2鎳鋁青銅，其成分和性能如下：主要成分和力學(xué)性能(表1)：

其制造工藝流程如下：

加熱熔化---溫度測(cè)量--出水澆鑄--冷卻拆箱--熱處理--表面處理獲得鑄件--加工及測(cè)試。

ZCuSn3Zn8Pb6Ni1錫青銅的強(qiáng)度和硬度較低，在壓力≥5Mpa時(shí)容易產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槠滂T造組織比較疏松造成的。ZCu16Si4硅黃銅的鑄造組織比較細(xì)密，但其仍然不能滿(mǎn)足壓力大于5Mpa的作業(yè)工況。

ZCuSn3Zn8Pb6Ni1錫青銅和ZCu16Si4硅黃銅在常溫海水中的腐蝕速率分別為0.7-1.44g/m²和1.63g/m²，深度腐蝕率分別為0.03-0.07mm/a和0.24mm/a，21個(gè)月的海水浸蝕實(shí)驗(yàn)顯示，ZCuSn3Zn8Pb6Ni1錫青銅的浸蝕壁厚及耐剝蝕效果都優(yōu)于ZCu16Si4硅黃銅。

ZCuAl9Fe4Ni4Mn2鎳鋁青銅與錫青銅和硅黃銅相比，其耐蝕性更加優(yōu)異。經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅湫阅芸膳c雙相不銹鋼相媲美。即便如此，其仍有兩個(gè)主要缺點(diǎn)，一是在被污染海水中其耐腐蝕性能下降，二是對(duì)金屬相的腐蝕比較敏感。這兩點(diǎn)在實(shí)際的應(yīng)用中有時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備造成不可逆的永久性損傷，增加維修成本。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公告號(hào)CN104313365B公開(kāi)了一種鎳鋁青銅的制備方法，包括如下步驟：將純銅板、銅鋁合金、鎳板、鐵板和錳粉在1200～1300℃真空熔煉30～60分鐘，非真空澆鑄得鑄錠，去除所述鑄錠表面氧化物；對(duì)去除表面氧化物的鑄錠表面進(jìn)行攪拌摩擦處理；在500～675℃退火2～6小時(shí)后空冷。該發(fā)明經(jīng)真空熔煉非真空澆鑄-攪拌摩擦加工-熱處理工藝制備的鎳鋁青銅的綜合性能得到了明顯提高，與非真空制備的鎳鋁青銅相比，組織更加細(xì)小均勻，強(qiáng)度和耐腐蝕性能明顯提高。這種方法對(duì)現(xiàn)有工藝改動(dòng)較大，需要付出較多的改造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是目前鎳鋁青銅的括耐蝕性和耐磨性差強(qiáng)人意，或者強(qiáng)度和耐腐蝕性能雖然得到提高卻需要對(duì)現(xiàn)有工藝做出較大改動(dòng)經(jīng)濟(jì)成本負(fù)擔(dān)較重，為此提供一種高耐蝕高耐磨的銅鎳合金材料及其制備方法和應(yīng)用。

腐蝕的發(fā)生機(jī)理分為幾個(gè)方面，一是自然氧化腐蝕，二是電偶腐蝕、焊接腐蝕等(這一類(lèi)腐蝕主要是因?yàn)閮煞N電位相差較大的金屬連接時(shí)產(chǎn)生的)，三是材料本身的原因引起的腐蝕(晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等)，這一類(lèi)腐蝕主要是因?yàn)橹圃旃に嚭彤a(chǎn)品成分所決定的。

根據(jù)上述腐蝕發(fā)生機(jī)理，我們主要從第三類(lèi)材料引起的腐蝕著手進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明，同時(shí)兼顧鑄造和加工性能。

耐磨性：

磨損發(fā)生的機(jī)理分為幾個(gè)方面，一是機(jī)械摩擦或碰撞造成的磨損，二是空泡腐蝕和沖刷腐蝕造成的磨損(爆裂沖擊)。

鑄造性：