[發(fā)明專利]一種具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210873556.6
• 申請(qǐng)日: 2022-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN115094359A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凱旋;王自東;龐曉露;陳曉華;朱諭至;石榮建;李宗烜;申江旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22F1/08
• 分類號(hào): C22F1/08;C22C1/02;C22C9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中睿智恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 16025
• 代理人: 鄧大為

本發(fā)明提供了一種具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金及其制備方法，屬于銅合金制備技術(shù)領(lǐng)域。該具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金，具有納米相?細(xì)晶結(jié)構(gòu)心部和納米相?納米晶結(jié)構(gòu)表層。其制備方法，包括(1)通過銅合金熔鑄過程中微合金元素的加入，獲得整體具有納米相?細(xì)晶結(jié)構(gòu)的銅合金鑄錠；(2)在200～400℃之間對(duì)具有納米相?細(xì)晶結(jié)構(gòu)的銅合金鑄錠進(jìn)行0.5h～1h的退火處理；(3)采用表面納米化技術(shù)將具有納米相?細(xì)晶結(jié)構(gòu)的銅合金鑄錠表層的微米級(jí)細(xì)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶，獲得納米相?納米晶結(jié)構(gòu)表層，而心部仍保持納米相?細(xì)晶結(jié)構(gòu)，制備出具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金。本發(fā)明提供的具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金，具有優(yōu)異整體性能(高強(qiáng)韌)和突破性(超強(qiáng)耐磨)表層性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及銅合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有納微結(jié)構(gòu)的銅合金及其制備方法。

背景技術(shù)

高性能銅合金是國防重大裝備、軌道交通高速重載裝備、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一。其中，青銅、黃銅等銅合金體系由于機(jī)械性能、抗氧化性和耐磨性相對(duì)良好的組合，已在蒸汽輪機(jī)、艦船、魚雷發(fā)射系統(tǒng)、運(yùn)輸、采礦設(shè)備和電力傳輸?shù)雀鞣N工業(yè)和國防應(yīng)用中被用作重要的結(jié)構(gòu)零件和組件(如齒輪、襯套、止推軸承、套筒軸承)，近年來更是被用作重載軸承齒輪材料。目前，銅合金的強(qiáng)韌性和耐磨性還達(dá)不到軸承齒輪行業(yè)裝備的需求，比如青銅合金由于鑄造過程控制晶粒生長和性能方面的限制，以及調(diào)制結(jié)構(gòu)粗化、不連續(xù)沉淀和Sn偏析問題的存在，機(jī)械和磨損性能無法滿足惡劣工況下重載軸承齒輪的服役要求。此外，現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展更是對(duì)兼具高強(qiáng)度、高塑韌性、高耐磨等優(yōu)異綜合性能的銅合金產(chǎn)品提出了迫切需求。然而，傳統(tǒng)強(qiáng)化技術(shù)使合金強(qiáng)度增加的同時(shí)，往往導(dǎo)致塑、韌性的下降，這種性能的矛盾關(guān)系成為限制銅合金產(chǎn)品綜合性能取得突破性提升的重要問題，強(qiáng)韌耐磨耐蝕銅合金產(chǎn)品的研制也一直是材料工作者努力的方向。

近期，人們提出細(xì)小微米級(jí)晶粒內(nèi)部彌散分布著納米級(jí)強(qiáng)化顆粒的納米相-細(xì)晶(nanoparticle(NP)-fine grains in microscale(FG)，簡稱NPFG)結(jié)構(gòu)，通過納米相和細(xì)晶的協(xié)同強(qiáng)韌化實(shí)現(xiàn)了金屬材料強(qiáng)度和塑性的同時(shí)提升。比如，研究者以Fe元素強(qiáng)化Cu-12Sn-1.5Ni合金為對(duì)象研究了納米相-細(xì)晶結(jié)構(gòu)的形成和強(qiáng)化效應(yīng)。Fe的添加優(yōu)化了Cu-12Sn-1.5Ni合金的組織結(jié)構(gòu)，得到富鐵納米相-納晶結(jié)構(gòu)，綜合力學(xué)性能獲得顯著提升[文獻(xiàn)一K.X.Chen,J.W.Zhang,X.H.Chen,Z.D.Wang,R.J.Shi,A.J.Zhang,The effect of ironon the microstructure and mechanical properties of a cast Cu-12Sn-1.5Ni(wt.％)alloy,Mater.Sci.Eng.A 785(2020)139330.]。雖然納米相-細(xì)晶結(jié)構(gòu)銅合金的強(qiáng)度和塑性得到良好的統(tǒng)一，但是其強(qiáng)度和耐磨性能仍然無法滿足重載軸承齒輪等高端銅合金產(chǎn)品的服役要求。