[发明专利]一种纳米颗粒-细微晶结构强化Cu-12Sn-1.5Ni合金的方法

说明书

一种纳米颗粒‑细微晶结构强化Cu‑12Sn‑1.5Ni合金的方法，其特征是在Cu‑12Sn‑1.5Ni合金的化学成分基础上添加微量铁，化学成分质量百分比：(9.0～12.5)Sn，(1.3～2.0)Ni，(0.03～1.5)Fe(wt.％)，其余为Cu。本发明采用电磁感应加热的方式熔炼铸造Cu‑12Sn‑1.5Ni‑(0.03～1.5)Fe(wt.％)合金。优点为微量铁‑感应熔炼耦合作用使铸态Cu‑12Sn‑1.5Ni合金中形成富铁纳米颗粒‑细微晶结构，同时粗大连续的δ偏析相变的细小分散。纳米颗粒‑细微晶结构的协同强化作用以及细小分散δ相对塑性损害作用的弱化使得铸态Cu‑12Sn‑1.5Ni‑(0.03～1.5)Fe(wt.％)合金兼具高强度和高塑性，综合性能优异。本发明工艺简单，应用性强，可以用于制备大块体、形状复杂的高性能Cu‑12Sn‑1.5Ni‑(0.03～1.5)Fe(wt.％)合金构件。

技术领域：

本发明涉及铸造金属结构材料及其制备方法。具体地说，是通过微合金化方法和铸造工艺在Cu-12Sn-1.5Ni合金中制备出一种细小微米级晶粒内部分布着高度弥散的纳米强化粒子的结构，即纳米颗粒－细微晶结构，由此使材料的强度和塑性同时大幅度提高。

背景技术

铸造Cu-12Sn-1.5Ni合金由于其优异的铸造性、耐磨及耐腐蚀性能常被用作蜗轮、齿轮和轴承等部件[文献一ASM International Metals handbook Volume2,ASMInternational Handbook Committee.ISBN 0-87170-378-5(v.2).文献二PeterR.N.Childs,11-Worm gears,Editor(s):Peter R.N.Childs,Mechanical DesignEngineering Handbook(Second Edition),Butterworth-Heinemann,2019,Pages 513-531,ISBN9780081023679,https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102367-9.00011-1.文献三V.Fontanari,M.Benedetti,G.Straffelini,Ch.Girardi,L.Giordanino,Tribologicalbehavior of the bronze–steel pair for worm gearing,Wear 302(2013)1520–1527.文献四D.Jbily,M.Guingand,J.P.de Vaujany,Loaded behaviour of steel/bronze wormgear,International Gear Conference 2014:26th–28th August 2014,Lyon,2014,Pages32-42.]。但是由于铸造Cu-12Sn-1.5Ni合金中粗大的枝晶结构以及凝固过程中锡偏析导致晶界处产生粗大连续的脆性富锡δ相，使合金的塑性恶化和强度不足，严重影响着铸造Cu-12Sn-1.5Ni合金的使用性能[文献五J.S.Park,C.W.Park,K.J.Lee,Mater.Charact.60(2009)1268-1275.]。因此，在铸造Cu-12Sn-1.5Ni合金中获得细化的基体铜晶粒和细小分散的脆性偏析相，同时提高合金的强度和塑性，显得尤为重要。