[發明專利]一種多尺度多相共格析出強化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti耐高溫銅合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202310519805.6
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116555625A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 李曉娜;利助民;董闖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C1/02;C22F1/08
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠;花向陽

一種多尺度多相共格析出強化Cu?Ni?Al?Co?Cr?Ti系耐高溫銅合金及其制備方法，其屬于耐高溫銅合金領域。該銅合金的質量百分比組成為Cu：56.65～62.61wt％，Ni：23.30～25.76％，Al：4.22～4.66?wt％，Co：6.43～7.11?wt％，Cr：2.32～2.56wt％，Ti：2.08～2.30wt％。通過多組元的協同作用，該銅合金不但提升γ'相的高溫穩定性，而且以“多尺度多相在面心立方基體中共格析出”特征同時提高了合金的常、高溫強度，另外多組元可以提升晶界強度，合金室溫極限抗拉強度不低于790MPa，800℃極限抗拉強度不低于215MPa。

技術領域

本發明涉及一種多尺度多相共格析出強化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti系耐高溫銅合金及其制備方法，其屬于耐高溫銅合金領域。

背景技術

銅合金具有強度高，導電導熱性能好等優點，廣泛應用于電力、化工、冶金、航空航天等研究領域。然而銅合金耐溫性能不足，限制了它在高溫的載荷和服役環境的使用，比如火箭發動機的燃燒室和推力室或連鑄設備結晶器的內襯、電阻焊電極等。以“立方形態γ′相(L1₂型)在FCC基體上共格析出”這種特定的組織形態提升高溫性能，已被證實可應用于銅合金，并成功將其軟化溫度提升至1000℃。然而在該體系中，Cu和Ni易混亂占位，導致γ′相中固溶大量Cu，使其穩定性存在一定程度下降，高溫下易回溶。僅僅在三元合金體系中解決上述問題幾乎是不可能的，必須從成分設計的角度改善以上問題。

發明內容

為解決現有合金中存在的問題，本發明擬設計制備一種具有良好高溫性能的多尺度多相共格析出強化銅合金。利用合金化元素在γ'相中的固溶，提升γ'相的高溫穩定性，同時引入其它高熔點共格析出相，在γ'相高溫回溶后，仍然提供一定的強化作用，強化晶界，多尺度多相析出強化可以在寬溫區保證強化效果。

本發明的技術方案為：一種多尺度多相共格析出強化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti系耐高溫銅合金，所述銅合金包括組分的質量百分比為Cu：56.65～62.61wt％，Ni：23.30～25.76％，Al：4.22～4.66wt％，Co：6.43～7.11wt％，Cr：2.32～2.56wt％，Ti：2.08～2.30wt％。該合金始終具有多尺度多相共格析出組織，合金室溫拉伸強度不低于790MPa，800℃下拉伸強度不低于215MPa。

所述的一種多尺度多相共格析出強化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti系耐高溫銅合金的制備方法：

按合金的上述成分，使用4N以上高純度金屬為原料配制合金；采用非自耗真空電弧熔煉爐，通入高純氬氣保護，對配制好的合金原料進行反復熔煉，最終得到成分均勻的合金錠；

將熔煉好的合金錠進行熱處理：先進行固溶處理，在1100℃下恒溫保持6h，隨后在爐中冷卻到室溫；再進行時效處理，在450℃下恒溫保持4h，隨后在爐中冷卻到室溫，獲得多尺度多相共格析出強化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti耐高溫合金。利用萬能試驗機對合金進行高溫拉伸測試。

本發明的有益效果為：通過多種元素協同作用，Al是γ′-Ni₃Al相析出強化的主要形成元素；Ti元素首先可以起到固溶強化的作用，同時Ti有助于促進γ′相析出，且可通過置換Al亞晶格優先向γ′相分配，增加γ′相的反相邊界(APB)能量，并極大地強化合金；Cr元素為抗氧化元素，可在高溫下提升合金的抗氧化性能；Co元素與各種合金元素均具有相容性，在該合金中可占據Ni的位置，提升合金的熱穩定性。

該銅合金不但提升γ'相的高溫穩定性，而且以“多尺度多相在面心立方基體中共格析出”特征(～500nm的γ'相+～50nm的單質Cr相)同時提高了合金的常、高溫強度，另外多組元可以提升晶界強度，該合金室溫極限抗拉強度不低于790MPa，800℃極限抗拉強度不低于215MPa，遠高于現役耐熱銅合金。

附圖說明