CN101696476A - 一种耐蚀多元铝青铜合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐蚀多元铝青铜合金材料，其成分为Al：4.0～10.0wt％，Fe：1.0～4.5wt％，Mn：1.0～4.5wt％，Ni：0.8～4.0wt％，Si：0.05～1.0wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质；其退火态下的抗拉强度550MPa以上、屈服强度300MPa以上、延伸率30％以上、全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.03mm/a。该铜合金具有优越的性能，特别适合高海水流速环境，是制造海水淡化冷凝器设备、船舶海水冷凝器设备、滨海发电厂冷凝器的理想材料。

Description

一种耐蚀多元铝青铜合金材料

技术领域

本发明涉及一种铜合金，尤其涉及一种低成本、高强度、耐海水腐蚀的多元铝青铜合金材料，属于有色金属技术领域。

背景技术

铝青铜合金具有优良的力学性能、耐蚀性、耐磨性和抗氧化性，是一种很有价值的结构材料，尤其在流体中也是如此，已在机械、仪表、汽车、船舶和海洋等领域中得到了广泛的应用。

目前在海水环境中使用的管束材料主要有铝黄铜(典型代表是：C68700，其成分为76～79wt％Cu，1.8～2.5wt％Al，余量为Zn)，锡黄铜(典型代表是：C44300，其成分为70～73wt％Cu，0.8～1.2wt％Sn，0.06wt％Fe，0.02～0.06As，余量为Zn)，镍白铜(典型代表是：C70600，其成分为9.0～11wt％Ni，1.0～1.8wt％Fe，1.0wt％Mn，1.0wt％Zn，余量为Cu；C71500，其成分为29～33wt％Ni，0.4～0.7wt％Fe，1.0wt％Mn，1.0wt％Zn，余量为Cu)，不锈钢(典型代表是1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti、00Cr19Ni10和00Cr18Ni12Mo2)和钛合金(典型代表是TA2)等。

上述管束材料在海水腐蚀环境中使用的局限和不足是：铝黄铜和锡黄铜存在强度偏低、脱合金成分腐蚀(脱锌、脱铝)和冲刷腐蚀严重等不足；镍白铜存在成本高、加工较为困难等缺陷；钛合金和不锈钢存在成本较高、海洋生物污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有存在的不足，提供一种低成本、高强度、新型管用耐蚀多元铝青铜合金材料。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种耐蚀多元铝青铜合金材料，成分的质量百分含量如下一

Al    4.0～10.0wt％，

Fe    1.0～4.5wt％，

Mn    1.0～4.5wt％，

Ni    0.8～4.0wt％，

Si    0.05～1.0wt％，

该铜合金其余组分为Cu和不可避免的杂质。

更进一步地，上述的一种耐蚀多元铝青铜合金材料，所述耐蚀多元铝青铜合金材料在退火态下的抗拉强度为550MPa以上、屈服强度为300MPa以上、延伸率为30％以上，耐蚀多元铝青铜合金材料在退火态下的全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.03mm/a。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明铜合金具有很好的强度及优良的耐蚀性能，其退火态下的抗拉强度550MPa以上、屈服强度300MPa以上、延伸率30％以上、全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.03mm/a；该合金与铝黄铜、锡黄铜及镍白铜一样，具有比不锈钢和钛合金强的抗海洋生物污染的能力；铜离子等的存在抑制了海洋生物的滋生和生长，减少了设备的维修次数，降低了工人的劳动强度，提高了设备的利用率；此铜合金制备成本低、管壁薄、导热性能好，特别适合于高海水流速环境，是制造海水淡化冷凝器设备、船舶海水冷凝器设备、滨海发电厂冷凝器的理想材料。

具体实施方式

本发明根据高海水流速环境下工作的海水淡化冷凝器设备、船舶海水冷凝器设备、滨海发电厂冷凝器设备工作特点，研制一种新型管束铜合金材料，该铜合金具有良好的机械性能和耐海水腐蚀性能，还同时具备高强度和优良的耐腐蚀性能。

耐蚀多元铝青铜合金材料的成分含量是，Al：4.0～10.0wt％，Fe：1.0～4.5wt％，Mn：1.0～4.5wt％，Ni：0.8～4.0wt％，Si：0.05～1.0wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。

采用了多元合金化的原则：Al元素固溶于铜中，在合金表面形成氧化铝保护膜，提高合金的耐腐蚀性能，此外，添加Al元素还提高合金铸造时的流动性和铸件的表面质量。Mn元素使青铜合金的强度得到提高，当Mn量增加时，强度大幅度增加而塑性降低不多。当青铜合金中的Fe达到一定值时，就会形成K相化合物，凝固时K相以细小质点为结晶核心，在细化晶粒的同时，提高了青铜合金的强度、硬度和耐蚀性。Ni的作用是提高耐蚀性，防止“缓冷脆性”和细化晶粒。少量Si元素能提高合金的力学性能，再加上高的铁和镍含量的存在，从而能析出硬的金属间化合物，提高退火材料的强度和硬度。正是由于多元合金化的作用，从而使该铜合金的机械性能大大优于一般铝青铜，特别在海水环境下表现出较高的耐腐蚀性能。

此铜合金材料的铸坯可以在常规的熔炼和铸造设备上获得。采用“铸造-热轧-冷轧”的方法在常规设备上获得板材，还可采用“铸造-热挤-冷轧-拉伸”的方法在常规设备上获得管材，两种工艺所获得的不同规格的材料，其性能一致。

本发明的合金材料退火态组织基体为塑性很好的α相，其上又均匀地分布着硬度极高的K相颗粒，形成了良好的耐腐蚀组织，因此本发明合金通过形变热处理就可使其性能得到调整和全面提高。

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1：

将原料按照质量百分比：Al 6.5wt％，Fe 3.0wt％，Mn 1.5wt％，Ni1.8wt％，Si 0.16wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。值得注意的是，在合金的熔炼过程中，各个元素均有不同程度的烧损，其烧损率Al：7％，Fe：4％，Mn：3.5％，Ni：1.5％，Cr：1.5％，在配料的过程中应给予补足。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸铸造成锭坯。铣面之后在加热炉中加热到950℃，保温一定时间后在热轧机上进行热轧处理，制成轧态板坯。铣面后经多道次冷轧至2mm厚的板材，随后进行终态热处理，获得组织性能优异的高强耐蚀合金材料。

实施例2：

将原料按照质量百分比：Al 4.0wt％，Fe 4.5wt％，Mn 4.5wt％，Ni 0.8wt％，Si 0.05wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。值得注意的是，在合金的熔炼过程中，各个元素均有不同程度的烧损，其烧损率Al：7％，Fe：4％，Mn：3.5％，Ni：1.5％，Cr：1.5％，在配料的过程中应给予补足。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸铸造成锭坯。铣面之后在加热炉中加热到950℃，保温一定时间后在热轧机上进行热轧处理，制成轧态板坯。铣面后经多道次冷轧至2mm厚的板材，随后进行终态热处理，获得组织性能优异的高强耐蚀合金材料。

实施例3：

将原料按照质量百分比：Al 10.0wt％，Fe 1.0wt％，Mn 1.0wt％，Ni4.0wt％，Si1.0wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。值得注意的是，在合金的熔炼过程中，各个元素均有不同程度的烧损，其烧损率Al：7％，Fe：4％，Mn：3.5％，Ni：1.5％，Cr：1.5％，在配料的过程中应给予补足。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸铸造成锭坯。铣面之后在加热炉中加热到950℃，保温一定时间后在热轧机上进行热轧处理，制成轧态板坯。铣面后经多道次冷轧至2mm厚的板材，随后进行终态热处理，获得组织性能优异的高强耐蚀合金材料。

对本实施例合金冷轧板材经不同退火处理后的材料进行力学性能测试及全浸均匀腐蚀速率测定，结果见表1。

表1本发明合金经不同退火制度处理后的性能

本发明合金热处理后的性能与锡黄铜(热处理态)、铝黄铜(热处理态)、镍白铜(热处理态)性能进行对比，如表2所示。

表2

	抗拉强度Rm/MPa	屈服强度Rm/MPa	延伸率A/％	均匀腐蚀速率mm/a
					实施例3(热处理态)	585	355	36	0.01～0.03

	抗拉强度Rm/MPa	屈服强度Rm/MPa	延伸率A/％	均匀腐蚀速率mm/a
					铝黄铜	392	150	40	0.02～0.18②
锡黄铜	365	152	65	0.0075～0.10①
					镍白铜(B10-1-1)	290	90	30	0.01～0.0164①
镍白铜(B30-1-1)	360	120	30	0.03～0.13①

表中：上标①表示数据来源于《工程材料实用手册》(第2版)；

上标②表示数据来源于《材料腐蚀与防护》。

从表2中可以看出，本发明铜合金材料的抗拉强度是铝黄铜的1.5倍，是锡黄铜的1.6倍，是镍白铜(B10-1-1)的2.0倍，是镍白铜(B30-1-1)的1.6倍。本发明铜合金材料的静海水中的耐腐蚀性能与现用的铝黄铜、锡黄铜、镍白铜(B10-1-1)及镍白铜(B30-1-1)相当。

另外，本发明铜合金材料与铝黄铜、锡黄铜及镍白铜一样，具有比不锈钢和钛合金强的抗海洋生物污染的能力。由于铜离子等的存在抑制了海洋生物的滋生和生长，这样可以减少设备的维修次数，降低工人的劳动强度，提高设备的生产效率。采用该材料，将可降低冷凝器管束材料的成本，提高设备利用率、减轻工人的劳动强度，产生良好的经济、社会效益。

综上所述，此铜合金具有很好的强度、高的屈强比及优良的耐蚀性能，生产成本低、管壁薄、导热性能好；特别适用于高海水流速环境，是制造海水淡化冷凝器设备、船舶海水冷凝器设备、滨海发电厂冷凝器的最佳材料，较好实现在海水中安全、稳定、长期工作。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种耐蚀多元铝青铜合金材料，其特征在于：其成分的质量百分含量如下——

Al    4.0～10.0wt％，

Fe    1.0～4.5wt％，

Mn    1.0～4.5wt％，

Ni    0.8～4.0wt％，

Si    0.05～1.0wt％，

该铜合金其余组分为Cu和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种耐蚀多元铝青铜合金材料，其特征在于：所述耐蚀多元铝青铜合金材料在退火态下的抗拉强度为550MPa以上、屈服强度为300MPa以上、延伸率为30％以上。

3.根据权利要求1所述的一种耐蚀多元铝青铜合金材料，其特征在于：所述耐蚀多元铝青铜合金材料在退火态下的全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.03mm/a。