[发明专利]一种海洋工况用耐冲蚀铜合金及其制备方法

说明书

本发明涉及海洋工程领域，具体公开了一种海洋工况用耐冲蚀铜合金及其制备方法。所述铜合金的元素组成及质量百分比为：7‑10%的Ni，5‑10.5%的Al，0.15‑1%的Fe，0.5‑1.5%的Mn，0.15‑1%的Ti，0.05‑0.15%的P，0.2‑0.6%的Mg，0.005‑0.01%的B，余量为铜。制备中，顺序加入电解铜、覆盖剂、CnMn中间合金、CuCo中间合金、CuFe中间合金、电解镍、纯铬、电解铝、纯硅和覆盖剂，然后磷铜脱氧，搅拌捞渣，升温，出炉。该制备方法具有成本低、效率高的优点，铜合金材料具有耐含砂海水冲蚀腐蚀、海洋生物腐蚀和海水高流速腐蚀等性能，可满足海洋工程对耐腐蚀磨损材料的要求。

技术领域

本发明涉及海洋工程及海洋装备领域，具体涉及一种海洋工况用耐冲蚀铜合金及其制备方法。

背景技术

在海洋工程中，船舰海水系统管路由于与海水直接接触且大多布置于舱底，工作环境苛刻，海水对其腐蚀的问题一直是制约其发挥最大效能的突出问题。在船舰中，泵、阀体、海洋管道装置用管和叶片螺旋桨对耐蚀性的要求比较高。在海洋环境下的金属构件中，失效类型主要有冲蚀磨损、均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、空泡腐蚀等，这些失效类型往往与结构设计、冶金因素和使用工况有关。

海水冲蚀腐蚀主要是流动的海水对金属构件的冲刷作用下，金属材料表面组织和性能发生了改变，发生表面材料流失失效。在高速状态下，实际上常观察到局部沸腾。例如，以高速流经叶轮或推进器表面的海水，将在截面突变时(如叶梢)产生极低的压力。这样，蒸汽泡便形成了，但海水向下流到某处时气泡又会重新破裂。这些蒸汽泡的破裂而造成金属的局部压缩破坏。金属碎片脱落后，新的活化金属暴露在腐蚀性的海水中。因此，海水中的空泡腐蚀造成的金属损坏通常使金属既受机械损伤，又受腐蚀损伤。该类腐蚀多呈蜂窝状形式。

由于海水是一种强电解质，当腐蚀电位不同的两种金属连接并暴露在海洋环境中时，通常会产生严重的电偶腐蚀。在连接的电偶中，一种金属充当阳极，另一种金属充当阴极。电偶腐蚀的程度主要取决于两种金属在海水中的电偶序的相对差别及相对面积比。通常两种金属的接触电位差愈大，金属腐蚀得愈严重，因为电偶腐蚀的动力愈大。

在目前的海洋工程中主要使用的耐蚀金属材料主要有铜及铜合金。近年来纯铜已经逐渐被Cu-Ni白铜B10、B30和添加铁的铁白铜BFe10-1-1、BFe30-1-1替代。BFe10-1-1合金是以10%的Ni为主要元素加入铜中的合金，同时还添加Fe、Mn等其它元素。由于B10合金的耐蚀性较好，因而在海洋工程中得到了广泛应用。B30合金比B10的含镍量要高，所以它的耐蚀性更好，但成本相对大幅度增加。铁白铜中铁的加入量不超过2%，以防腐蚀开裂，其特点是强度高和抗腐蚀，特别是抗流动海水腐蚀的能力可明显提高。但在如东海等砂量高的海域环境中仍发生比较严重冲蚀或冲蚀腐蚀，对螺旋桨、管道弯头、海水泵叶片、管道阀座等关键部位造成显著的冲蚀腐蚀时效，严重影响设备的正常使用，使得船舶在航率减少，事故隐患增加。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种海洋工况用耐冲蚀铜合金及其制备方法，增加铜合金材料的硬度和抵抗含砂海水冲蚀腐蚀的性能，提高合金的使用寿命。

一种海洋工况用耐冲蚀铜合金，所含的元素成分及其质量百分比分别为：Ni：7.0-10.0%；Al：5.0-10.5%；Fe：0.15-1.0%；Mn：0.5-1.5%；Ti：0.15-1.0%；P：0.05-0.15%；Mg：0.2-0.6%；B：0.005-0.01%；余量为Cu和不可避免的杂质元素。

本发明还保护制备上述一种海洋工况用耐冲蚀铜合金的方法，该方法包括以下步骤：

（1）按照上述元素成分的质量百分比称取电解镍、电解铝和纯镁，其中，以Cu-Mn中间合金、Cu-Fe中间合金、Cu-Ti中间合金、Cu-P中间合金、Cu-B中间合金和电解铜的形式引入Mn、Fe、Ti、P、B和铜；