[发明专利]一种镍铝青铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金材料的制造领域，尤其涉及一种镍铝青铜合金材料及其制备方法。

背景技术

镍铝青铜合金具有良好的综合力学性能及优异的耐应力腐蚀开裂、耐腐蚀疲劳、耐空泡腐蚀、耐冲蚀和抗海生物污损等性能。镍铝青铜合金在耐海水腐蚀疲劳方面远远超过不锈钢和黄铜，比锰青铜还好；镍铝青铜合金在耐冲蚀方面也远远高于黄铜，与B30合金相近，而且耐空泡腐蚀性能格外好，镍铝青铜合金在船用螺旋桨、大型泵用叶片、紧固件、海水管件等部件上获得了广泛的应用。随着工业的发展，镍铝青铜合金在焊接、防爆器材以及海水淡化方面也具有广泛的应用前景。在实际使用中，为满足不同的要求，常在镍铝青铜合金中添加一定量的Fe、Mn等合金元素来改善合金的性能。近年来，通过添加微量合金元素来进一步增加合金的综合性能，这些微量元素主要包括Si、Sn、Pb、Zn、Zr和稀土元素等。这样无疑增加了镍铝青铜合金熔炼过程中的工艺难度及整体成本。

《材料导报》杂志2007年11月第21卷专辑IX第450页至第452页及第459页“镍铝青铜合金的应用与研究现状”一文介绍了镍铝青铜合金螺旋桨铸件，该产品化学元素成分及其质量百分比为：Cu 77-82、Al 7.0-11.0、Mn 0.5-4.0、Zn 0.1、Fe 2.0-6.0、Ni 3.0-6.0、Sn 0.1、Pb 0.03。同时还介绍了其它常规镍铝青铜合金，但其仅列出了一些含量的范围，并没有数据支持是否具有良好的性能。

发明内容

本发明提供一种镍铝青铜合金，该镍铝青铜合金材料具有高硬度、高耐磨性，成分简单可控制，成本低廉的优点。

本发明的技术方案如下：

一种镍铝青铜合金，该材料含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al 9.5-11.5、Fe 3.0-4.5、Ni 3.5-4.5、Mn 3-4，余量为Cu。

本发明对镍铝青铜中Mn含量的成分范围进行了优化，发现Mn含量在3.8-4.0范围内时，经过固溶处理，水冷和时效处理后空冷得到的合金具有较高的显微硬度和较好的耐磨性能。在此成分范围内的Mn含量提高了镍铝青铜合金淬火组织中残余马氏体相β'，使其在时效过程中可以在更高的温度进行，从而既能使镍铝青铜合金在时效过程中K相析出强化和弥散强化作用更加明显，又能保留镍铝青铜合金中马氏体相β'，综合提高镍铝青铜合金的硬度及耐磨性能。同时，Mn元素在镍铝青铜合金中有一定固溶度，有很明显的细化晶粒和固溶强化的作用，特别是Mn元素和Fe元素的综合作用可以进一步细化镍铝青铜合金的晶粒，起到提高镍铝青铜合金的综合力学性能的作用。

由于Al元素在高温时氧化严重，产生的氧化铝或分散或集中于铜液中，很难上浮，浇铸时会带入铸件，形成疏松，使铸件的致密性下降。含铝高的铜合金在浇铸时，由于二次氧化严重，也会产生疏松，影响致密性。而Mn元素在熔炼过程中可以作为脱氧剂，增加熔体的流动性，提高铸件的致密性，从而提高镍铝青铜合金的综合力学性能。经过热处理强化的Mn含量为3.8-4.0的镍铝青铜合金干磨摩擦系数达到0.25左右，显微硬度值最高可达460HV。

优选地，所述镍铝青铜合金含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al 11.11、Fe 3.21、Ni 4.58、Mn 3.84，余量为Cu。

本发明发现当镍铝青铜合金含有的Mn的质量百分比在3.84时，对所述镍铝青铜合金晶粒细化和固溶强化作用最强、铸件致密性最高，对同时保留马氏体相β'与K相析出强化、弥散强化起到的作用最大，得到性能优良的镍铝青铜合金。

本发明还提供了所述镍铝青铜合金的制备方法。该制备方法通过一次熔化而成，其热处理工艺参数选择范围广。

所述镍铝青铜合金材料的制备方法，依次包括：

(1)根据所述镍铝青铜合金各化学元素质量百分比及烧损量配置原材料；

(2)将上述原材料投入炉中熔化并冷却成锭；

(3)将上述预热处理后的材料以8-10℃/min的速度从室温加热至950℃-980℃，保温2小时以上，取出样品立刻放入水中淬火，再以8-10℃/min的速度加热至300-450℃，保温1-3小时，放入空气中冷却即得。

优选地，将所述锭以8-10℃/min的速度加热至950℃保温2小时，取出样品立刻放入水中淬火，再以10℃/min的速度加热至450℃，保温2小时，放入空气中冷却，即得镍铝青铜合金。此时制备的镍铝青铜合金具有较高怕硬度及耐磨性能。