[发明专利]一种高强高耐蚀铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铜合金领域，具体涉及一种高强高耐蚀铜合金及其制备方法。

背景技术

耐蚀铜合金因具有高的换热系数、优良的抗海洋生物附着能力和耐海水腐蚀性能，广泛应于海洋工程中的海水淡化装置、舰船汽轮机用冷凝气管、石油精炼设备及滨海电站及原子能电站的热交换器用管等领域。目前已开发的耐蚀铜合金主要有以下几大类型：(1)素有“海军黄铜”之称的铝黄铜、锡黄铜，如HSn70-1、HSn60-1等；(2)锡青铜，如QSn4-4-4、QSn-5-5、QSn6-6-3等；(3)Cu-Ni系白铜合金，如B10(Cu-10Ni-1Fe-1Mn)、B30(Cu-30Ni-1Fe-lMn)。然而，在高温、高湿、高盐、高流速等复杂苛刻海洋环境服役条件下，传统耐蚀铜合金的力学性能和耐蚀性能越来越难以满足上述要求。

申请公布号为CN102352452A的专利公开了一种耐腐蚀铜合金材料，其是以铜锌黄铜合金为基体，通过添加锌、铝、镍、硅、硼、锰、稀土等元素，来达到提高合金的力学性能和耐蚀性能的目的。

现有的耐蚀铜合金，合金元素组成复杂，且含有稀土元素，导致合金生产成本高。因此，开发一种苛刻服役条件下高强高耐蚀、低成本的新型耐蚀铜合金对于我国海洋工程具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高耐蚀铜合金，从而解决现有铜合金的合金元素复杂、生产成本高的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述高强高耐蚀铜合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni 6-8％，Al 1-7％，Fe 0.5-2％，Mn 0.5-2％，余量为铜及不可避免的杂质。

本发明提供的高强高耐蚀铜合金，通过微合金化手段，在铜基体中添加镍(Ni)、铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)等多种合金元素，合金的设计依据是：Ni能够细化晶粒，改善铜合金的耐蚀性能和屈服强度，加入Al元素形成Ni₃Al化合物产生沉淀硬化，提高合金强度和硬度，同时铝元素能促进钝化膜形成，提高合金耐蚀性；Fe和Mn有利于提高合金的强度和抗冲刷腐蚀能力，在上述多种元素的协同作用下，不仅提高了铜合金的力学性能，同时大幅提高了合金的耐海水腐蚀性能。该高强高耐蚀铜合金，简化了合金元素组成，减少了镍的使用量，降低了生产成本。

优选的，上述高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni 7％，Al 3％，Fe 1％，Mn 1％，余量为铜及不可避免的杂质。杂质成分C、S、P、Zn的总含量≤0.15％。在上述优选组成下，合金的生产成本低，力学性能和耐蚀性能达到最佳。

上述高强高耐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：将金属铜、金属镍、铜铁中间合金、铜锰中间合金、金属铝在1150～1250℃熔炼，浇注，即得。

所述熔炼在微氧化气氛下进行。所述微氧化气氛是在原料加热熔化过程中使用木炭覆盖熔融液面，熔炼期间采用脱氧剂进行脱氧。优选的，木炭的覆盖厚度为150～220mm。所述脱氧剂为镁，脱氧剂的用量为熔液总重量的0.5％～1％。熔炼过程中采用石墨搅拌棒搅拌，用扒渣棒扒渣。整个熔炼过程在微氧化气氛下进行，可使熔体中氧与木炭和镁脱氧剂始终充分反应，有效降低熔体中的气体含量，提高合金铸坯的成型质量，进而改善后续耐海水腐蚀性能。

所述熔炼的时间为30～50min。在该熔炼时间下，即可保证合金具有较好的力学性能和耐蚀性能。金属铜可采用电解铜板，金属镍可采用纯镍板，金属铝可采用纯铝锭。

优选的，熔炼时，先加入铜板加热熔化，待铜板熔化后加入镍板熔化，然后再加入铜铁中间合金和铜锰中间合金熔化，最后加入铝锭熔化。采用上述加料熔化过程，可以使得先升高温度熔化高熔点合金(铜板、镍板、铜铁中间合金和铜锰中间合金)，最后加入熔点较低的铝锭，可以有效减少高温熔炼环境下元素的烧损，保证最终实际成分的稳定性。

浇注前，对浇注所用铸型进行预热，预热的温度为250～350℃。

所述铜板为1#电解铜板，Cu含量≥99.95wt.％；所述镍板为1#电解镍板，Ni含量≥99.96wt.％；所述铝锭中Al≥99.0wt.％。

所述铜铁中间合金为Cu-10Fe中间合金，所述铜锰中间合金为Cu-22Mn中间合金。