[发明专利]一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金，其重量百分比组成为：35~45wt%的Ni，5~15wt%的Zn，3.01~5wt%的Mn，0.0001~0.1wt%的P，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明通过在锌白铜基体中添加Mn和P等元素，由于Ni、Mn和P的作用，导致其与Cu基体形成强烈的弹性交互作用，因而获得了强度更高、耐腐蚀性能更好且弹性性能优异的高性能的镍锰白铜合金。本发明通过Ni、Mn和P形成Ni‑Mn‑P三元化合物，通过此化合物与Cu基体的弹性交互作用，实现对合金的强化作用，最终实现产品优异的抗拉强度、弹性模量、耐腐蚀性能等综合性能。本发明合金可以实现弹性模量152GPa以上，同时具有优异的耐腐蚀性能，可应用于眼镜配件、电磁屏蔽部件及散热部件。

技术领域

本发明涉及铜合金领域，具体是一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金及其制备方法和应用。

背景技术

含镍白铜和镍合金是高端眼镜加工行业最常用的合金材料之一。因为眼镜加工及应用的特点，需要合金具有优良的强度和耐腐蚀性能，以及良好的塑性加工性，而含镍白铜和镍合金一般具有优良的强度和硬度、良好的塑性及极好的耐腐蚀性能，因此，在眼镜加工行业被广泛应用。一般而言，中低端眼镜采用低镍白铜，而高端眼镜则采用高镍白铜和镍基合金材料。

因为对材料强度和耐腐蚀性能要求高，高端眼镜配件采用镍基合金加工为主，原材料成本高，对贵金属资源的依赖高，严重制约高端眼镜配件加工行业的发展。因此，急需贵金属含量低的合金材料进行替代。目前市场上主要以高镍白铜来对镍基合金进行替代，但都只是简单地通过以铜代镍来降低材料成本，而对材料性能考虑不多，尤其是弹性性能，属于粗放式低成本替代。一方面为保证高端眼镜配件质量，需对合金体系进行研究，开发出相对成本低、弹性优良的铜合金材料，以适应相关市场的需求；另一方面对于电磁屏蔽材料及散热部件等应用场景，耐腐蚀性能和弹性的好坏直接影响其整体的屏蔽或散热性能，因此上述应用对合金耐腐蚀性能和弹性性能有着更高的需求，在此基础上如何进一步提升耐腐蚀性能和弹性性能也是高镍白铜的发展方向之一。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金，该合金的重量百分比组成为：35～45wt％的Ni，5～15wt％的Zn，3.01～5wt％的Mn，0.0001～0.1wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。

本发明中Ni作为主要合金元素，能与Cu无限固溶，固溶于铜基体中时可以提高合金的强度、硬度以及耐腐蚀性能，同时Ni可以与包括Mn在内的元素通过熔炼及变形加工工艺形成Ni-Mn等化合物。化合物的形成有利于进一步提升合金的强度和耐腐蚀性能。若Ni含量过高，合金强度和硬度高，加工难度大且成本提升；而Ni含量过低，合金强度和耐腐蚀性能下降，无法满足产品需求。因此，35～45wt％的Ni为佳。

Zn元素能大量固溶于铜镍合金的固溶体中，形成一个广泛的单相α固溶体区，起固溶强化作用，提高合金的强度和硬度。Zn的加入可以大幅度提升白铜的抗大气腐蚀能力。此外，Zn的添加可以改善白铜合金的弹性性能。但Zn含量过高，会导致合金出现β相，降低合金塑性变形能力，使合金加工性下降，无法满足加工需求；而Zn含量过低，合金弹性和耐腐蚀性能下降，无法满足产品需求。因此，5～15wt％的Zn为佳。

本发明中Mn能固溶于Cu及Cu-Ni合金中，某些条件下，Mn可与Ni形成化合物，提升材料的强度和耐腐蚀性能，同时，由于Mn与Cu-Ni-Zn体系的协同作用，材料的弹性和抗冲击腐蚀的能力也得以提升。若Mn含量过高，会导致合金出现过量第二相，降低合金塑性变形能力，使合金加工性下降，无法满足加工需求，同时，一定程度上会降低合金抗应力腐蚀能力；而Mn含量过低，无法起到提升合金强度、弹性、耐腐蚀性能的作用，无法满足产品需求。因此，3.01～5wt％的Mn为佳。