[发明专利]一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Cu‑Sn‑Fe‑Ni系铜合金材料及其制备方法。合金材料包括以下质量百分比组分：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu。将包括铜、锡、镍和铁在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均匀化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧、退火II，即得具有高强度和高耐蚀性的Cu‑Sn‑Fe‑Ni铜合金材料，可广泛用于抗腐蚀性能要求高的船舶、海洋、化工行业以及腐蚀环境恶劣的化工行业。

技术领域

本发明涉及一种铜基合金材料，具体涉及一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料及其制备方法，属于有色金属材料技术领域。

背景技术

锡青铜是以含3％～12％锡为主合金元素以及少量磷、铅、锌、镍等元素组合而成的青铜，锡青铜具有较高的力学性能、耐磨性和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。含磷锡青铜具有良好的力学性能，可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。含锌锡青铜可作高气密性铸件。

锡青铜由于在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，因此被广泛用于蒸汽锅炉、海船零件以及各种海上阀门零件。其中，向锡青铜中加入铅可以明显改善合金的切削性能。但是，由于铅对环境污染日趋严重，因此在工业生产中对铅的使用要严格控制。因此，需要通过优化成分和改善加工工艺来获得综合性能较好的锡青铜材料。

发明内容

针对现有技术中的锡青铜存在的技术之不足，本发明的第一个目的是在于提供一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料，该铜合金材料同时具备高强度、抗均匀和冲刷腐蚀性能，可广泛用于抗腐蚀性能要求高的船舶、海洋、化工行业以及腐蚀环境恶劣的化工行业。

本发明的第二个目的是在于提供一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料的制备方法，该合金材料的生产流程短、工艺简单，有利于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料，其包括以下质量百分比组分：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu(总质量以100％计量)。Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料中还包含微量的不可避免的杂质成分，一般忽略不计。

本发明的Cu-Sn-Fe-Ni系合金中，Sn元素的加入，可以形成第二相，并且可以抑制脱锌，提高合金的强度和耐腐蚀性；Ni元素能显著提高铜合金的强度、硬度、冲击韧性、热稳定性与耐蚀性和细化晶粒；Fe元素使铜合金的强度得到提高，并且在合金中可以有效促进金属间化合物，形成硬质点(K相)弥散分布于基体中的元素，可提高合金的强度和硬度，同时不会破坏合金的韧性。因此，整个Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金总体表现出优异力学强度和耐腐性能。

作为一个优选的方案，Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料由以下质量百分比组分组成：Sn1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu。

本发明还提供了一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料的制备方法，该方法是将包括铜、锡、镍和铁在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均匀化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧、退火II，即得。

作为一个优选的方案，所述熔炼过程为：将铜、镍、铁及覆盖剂，升温至1200℃～1250℃进行熔化，再控制炉温在1020～1050℃，加入锡，待锡熔化后，加入冰晶石和氟化钙，再搅拌捞渣。由于锡的熔点相对其他金属较低，因此控制炉温在相对较低的条件下加入锡。加入冰晶石和氟化钙主要起到助熔，可以降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使得渣和金属很好分离。

作为一个优选的方案，所述均匀化的条件：温度为920～960℃，时间为1～3h。通过均质化处理，可以改善或消除熔铸过程中所造成的各种组织缺陷，为后续热处理作好组织准备。