[发明专利]一种铜镍锡合金及其制备方法和应用

说明书

一种铜镍锡合金及其制备方法和应用，该合金的重量百分比组成包括：Ni8～16％，Sn5～9％，X1元素0.1～1.0％，X2元素0.1～0.5％，其中X1选自Ti、Si、Al、V中的至少一种，X2选自Mn、Zn、Mo中的至少一种，余量为Cu和不可避免的杂质；本发明铜合金通过析出强化、微合金化以及半连铸电磁搅相结合的方式抑制Sn元素的偏析，控制该铜合金铸锭芯部到表层的Sn元素浓度差在2％以内，硬度差值在10HV以内，并且不同方向硬度偏差控制在5％以内。该合金铸锭可加工成棒、线、板、带、管等多种形式，抗拉强度≥1100MPa、屈服强度≥1050MPa、延伸率≥5％，可应用于航空航天、能源开采、智能成型等领域。

技术领域

本发明涉及一种铜镍锡合金技术领域，具体的涉及一种强度高、硬度高，耐磨蚀性能好的铜镍锡合金及其制备方法和应用，该铜镍锡合金能够应用于航空航天、能源开采、智能成型等领域。

背景技术

长期以来，析出硬化型合金铍青铜因其具有较高的强度，优异的导热、耐磨耐蚀性以及较好的抗黏着性等被广泛应用于轴承套管材料中。但此类合金存在成本高、生产工 艺复杂、容易开裂及脆断等弱点，并且污染严重，特别是铍的氧化物和粉尘有毒，会严 重危害人体健康以及污染环境，而且铍青铜不宜在较高温度下长时间工作，其使用温度 低于50℃。近年来随着工业的发展，人们对合金性能要求的不断提高以及环保意识的增 强，铍青铜正逐渐被铜镍锡系合金、铜镍铝系合金和钛青铜等取代，其中又以铜镍锡系 合金最引人关注。

CuNiSn合金是一种典型的时效调幅分解(Spinodal)强化型铜合金，其强度、硬度等性能随着镍、锡元素含量的增加而增加，并且在Cu-15Ni-8Sn成分达到峰值。对于Cu15Ni8Sn合金，在低温时效时，首先通过Spinodal分解生成晶粒细小的调幅组织(富 Sn区与贫Sn区交替)，因为调幅组织与基体共格，产生的周期性应力阻碍位错移动，引 起合金的强化，合金的强度、硬度等得以大幅度提高。与铍青铜相比，铜镍锡合金生产 成本低、无污染且具有较高的强度硬度、良好的抗腐蚀性以及更为优良的机械加工性等， 并且该合金的使用温度可达200～250℃，抗高温应力松弛性远大于铍青铜，能满足航空 航天、能源开采、智能成型等领域的需要。

但CuNiSn合金在生产过程中存在严重的宏观反偏析问题，铸锭由芯部到表面存在较大的浓度差，尤其在批量生产情况下，合金的组织均匀性极难控制，另外就是CuNiSn 合金的形变热处理加工难度很大，材料成型及加工困难。因此，目前该合金在国内大多 处于实验室研究阶段，尚无法进行批量生产。如何突破合金组织调控和制造加工难题、 开发低宏观偏析的CuNiSn合金是本材料开发的难点，鉴于此，本发明提出一种成分均 匀的铜镍锡合金及其制备方法和应用。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种Sn元素偏析小，硬度各向均匀性较好的铜镍锡合金。

为了解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：一种铜镍锡合金，该合金的重量百分比组成包括：Ni 8～16％，Sn 5～9％，X1元素0.1～1.0％，X2元素0.1～0.5％，其 中X1选自Ti、Si、Al、V中的至少一种，X2选自Mn、Zn、Mo中的至少一种，余量 为Cu和不可避免的杂质。

作为优选，本申请所述的Ni、Sn、X1元素在合金中的重量百分比含量满足公式4 ≤Ni/(0.1Sn+X1)≤25。上述的限定能够实现使析出相最大程度的析出，并降低元素的偏 析。

作为优选，X1与X2元素的含量满足公式：0.5≤X1/X2≤10，此条件下，可以使析 出强化与微合金强化的协同作用发挥最大效果，显著改善合金的力学性能及耐磨蚀性， 并使合金的硬度均匀性显著提高。