[發明專利]一種銅鎳錫合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111024970.1
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113789459B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 劉亞麗;孟祥鵬;何曉明;姚懂;李寧
• 申請（專利權）人: 寧波博威合金材料股份有限公司;寧波博威合金板帶有限公司
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C9/02;C22F1/08;B22D11/115;C22C1/02;C22C1/03
• 代理公司: 寧波市甬遠專利代理有限公司 33409
• 代理人: 沈春紅

一種銅鎳錫合金及其制備方法和應用，該合金的重量百分比組成包括：Ni8～16％，Sn5～9％，X1元素0.1～1.0％，X2元素0.1～0.5％，其中X1選自Ti、Si、Al、V中的至少一種，X2選自Mn、Zn、Mo中的至少一種，余量為Cu和不可避免的雜質；本發明銅合金通過析出強化、微合金化以及半連鑄電磁攪相結合的方式抑制Sn元素的偏析，控制該銅合金鑄錠芯部到表層的Sn元素濃度差在2％以內，硬度差值在10HV以內，并且不同方向硬度偏差控制在5％以內。該合金鑄錠可加工成棒、線、板、帶、管等多種形式，抗拉強度≥1100MPa、屈服強度≥1050MPa、延伸率≥5％，可應用于航空航天、能源開采、智能成型等領域。

技術領域

本發明涉及一種銅鎳錫合金技術領域，具體的涉及一種強度高、硬度高，耐磨蝕性能好的銅鎳錫合金及其制備方法和應用，該銅鎳錫合金能夠應用于航空航天、能源開采、智能成型等領域。

背景技術

長期以來，析出硬化型合金鈹青銅因其具有較高的強度，優異的導熱、耐磨耐蝕性以及較好的抗黏著性等被廣泛應用于軸承套管材料中。但此類合金存在成本高、生產工 藝復雜、容易開裂及脆斷等弱點，并且污染嚴重，特別是鈹的氧化物和粉塵有毒，會嚴 重危害人體健康以及污染環境，而且鈹青銅不宜在較高溫度下長時間工作，其使用溫度 低于50℃。近年來隨著工業的發展，人們對合金性能要求的不斷提高以及環保意識的增 強，鈹青銅正逐漸被銅鎳錫系合金、銅鎳鋁系合金和鈦青銅等取代，其中又以銅鎳錫系 合金最引人關注。

CuNiSn合金是一種典型的時效調幅分解(Spinodal)強化型銅合金，其強度、硬度等性能隨著鎳、錫元素含量的增加而增加，并且在Cu-15Ni-8Sn成分達到峰值。對于Cu15Ni8Sn合金，在低溫時效時，首先通過Spinodal分解生成晶粒細小的調幅組織(富 Sn區與貧Sn區交替)，因為調幅組織與基體共格，產生的周期性應力阻礙位錯移動，引 起合金的強化，合金的強度、硬度等得以大幅度提高。與鈹青銅相比，銅鎳錫合金生產 成本低、無污染且具有較高的強度硬度、良好的抗腐蝕性以及更為優良的機械加工性等， 并且該合金的使用溫度可達200～250℃，抗高溫應力松弛性遠大于鈹青銅，能滿足航空 航天、能源開采、智能成型等領域的需要。

但CuNiSn合金在生產過程中存在嚴重的宏觀反偏析問題，鑄錠由芯部到表面存在較大的濃度差，尤其在批量生產情況下，合金的組織均勻性極難控制，另外就是CuNiSn 合金的形變熱處理加工難度很大，材料成型及加工困難。因此，目前該合金在國內大多 處于實驗室研究階段，尚無法進行批量生產。如何突破合金組織調控和制造加工難題、 開發低宏觀偏析的CuNiSn合金是本材料開發的難點，鑒于此，本發明提出一種成分均 勻的銅鎳錫合金及其制備方法和應用。

發明內容

本發明針對現有技術的上述不足，提供一種Sn元素偏析小，硬度各向均勻性較好的銅鎳錫合金。

為了解決上述技術問題，本申請采用的技術方案為：一種銅鎳錫合金，該合金的重量百分比組成包括：Ni 8～16％，Sn 5～9％，X1元素0.1～1.0％，X2元素0.1～0.5％，其 中X1選自Ti、Si、Al、V中的至少一種，X2選自Mn、Zn、Mo中的至少一種，余量 為Cu和不可避免的雜質。

作為優選，本申請所述的Ni、Sn、X1元素在合金中的重量百分比含量滿足公式4 ≤Ni/(0.1Sn+X1)≤25。上述的限定能夠實現使析出相最大程度的析出，并降低元素的偏 析。

作為優選，X1與X2元素的含量滿足公式：0.5≤X1/X2≤10，此條件下，可以使析 出強化與微合金強化的協同作用發揮最大效果，顯著改善合金的力學性能及耐磨蝕性， 并使合金的硬度均勻性顯著提高。