CN102071375A - 一种耐蚀铜合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐蚀铜合金材料及其制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以铜合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为5-40%。

Description

一种耐蚀铜合金材料及制备方法

技术领域

     本发明属于金属材料领域，涉及一种耐蚀铜合金材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐蚀铜合金作为低成本耐蚀材料一直受到普遍重视。

CN201010161798.X号申请涉及一种无铅耐腐蚀黄铜合金及其制造方法，本发明的黄铜合金含有Cu：57-64wt％、Fe：1.5-5wt％、Al：0.3-1.5wt％，Sn：0.2-1.0wt％，Mn：1.7-4.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质，且所述黄铜合金中锌的含量大于30wt％。本发明的黄铜合金具有良好的冷加工和热加工成型性能、铸造性能、抗脱锌腐蚀及优异的抗应力腐蚀性能，适用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其适用于装配应力不便消除的锻件和铸件，如水龙头和阀门等。但该合金抗拉强度较差。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐蚀铜合金材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种耐蚀铜合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐蚀铜合金材料，该材料以铜合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为5-40%； 

铜合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为10-12%，Si为2%～4%,Zn为20-30%,Mn为0. 4-0. 6%, Y为0.5-1%,其余为Cu；

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为10%～12%， Mn为2-4%, Zn为20-30%,其余为Cu； 

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%,P<0.02%,S<0.025%,其余为Fe。

    所述基体中还分布有化合物CoSi2和Cu6Y颗粒。

一种耐蚀铜合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀钴铜丝及镀铜铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分为Al为10%～12%， Mn为2-4%, Zn为20-30%,其余为Cu的铜丝及取直径为0.2-2mm、成分为C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铜丝和铁丝的总体长度相当；控制铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为50-200微米；镀铜层的厚度为200-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

铜合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10-12%，Si为2%～4%, Zn为20-30%,Mn为0.4-0.6%,Y为0.5-1%,其余为Cu进行配料；铜合金原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1250-1270℃；

将上述铜合金铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铜合金铁水将镀钴铜丝及镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，得到以铜合金为基的其中分布有金属丝团的耐蚀铜合金材料。

    本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明材料中铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。铜丝和铜合金的基体都是铜，铁丝外镀较厚的铜，因此金属丝和铜合金很容易结合起来，形成很好的冶金结合。这样，铁丝和铜丝分布在铜合金中，对材料具有很好的增强增韧作用。

2、本发明材料中铜合金铁水进入铸型型腔与镀钴铜丝表面的钴接触后，丝表面的Co熔于铜水，铜水中的Si和铁丝表面的Co反应形成硬度高的CoSi2的细小化合物，阻止锌的迁移，从而提高了材料的耐蚀性。

3、Y对铜合金的组织具有显著细化的作用，对于铜合金的增韧有重要的作用。另外Cu和Y也会形成化合物Cu6Y，分布于基体中。细小的化合物Cu6Y，也能阻止锌的迁移，有助于材料耐蚀性的提高。

4、本发明的合金材料不用贵重稀土元素，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

本发明的各产品性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的金属丝增强含钇耐蚀铜合金材料的金相组织。

图1可以看到在铜合金和金属丝结合良好。

具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。以下所用铜丝及铁丝均为市购。生产过程中自制镀层。

实施例一：

镀钴铜丝及镀铜铁丝的准备：取成分重量百分含量：Al为10%， Mn为2%, Zn为20%,其余为Cu的铜丝；铜丝直径为1mm；

取成分重量百分含量：C为0.04%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铁丝直径为1mm。材料中铜丝与铁丝的总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为5%。

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为50微米；镀铜层的厚度为200微米；

按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团（两种金属丝各取一根丝同时成形，形成双丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法制作），金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

铜合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10%， Si为2%, Zn为20%,Mn为0. 4%, Y为0.5%,其余为Cu进行配料；铜合金原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1250-1270℃；

将上述铜合金铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铜合金铁水将镀钴铜丝及镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，得到以铜合金为基的其中分布有金属丝团的耐蚀铜合金材料。

实施例二：

铜合金材料基体成分按重量百分比：Al为12%， Si为4%, Zn为30%,Mn为0. 6%, Y为1%,其余为Cu进行配料。

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为12%， Mn为4%, Zn为30%,其余为Cu。铜丝直径为2mm。

铁丝的成分为C为0.06%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为2mm。材料中铜丝与铁丝的总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为40%。

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为200微米；镀铜层的厚度为500微米；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

实施例三：

铜合金材料基体成分按重量百分比：Al为11%， Si为3%, Zn为25%,Mn为0. 5%, Y为0.7%,其余为Cu进行配料。

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为11%， Mn为3%, Zn为25%,其余为Cu。铜丝直径为1.5mm。

铁丝的成分重量百分含量：C为0.05%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为1.5mm。材料中铜丝与铁丝的总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为30%。

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为150微米；镀铜层的厚度为300微米；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

铜合金材料基体成分按重量百分比：Al为8%， Si为1%, Zn为16%,Mn为0.3%, Y为0.3%,其余为Cu。

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为8%， Mn为1%, Zn为18%,其余为Cu。直径为0.1mm。 

铁丝的成分为C为0.03%，Si为0.1%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为0.5mm。材料中铜丝与铁丝的总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为4%。铁丝不镀铜。铜丝不镀钴。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

铜合金材料基体成分按重量百分比：Al为13%， Si为5%, Zn为35%,Mn为0. 7%, Y为2%,其余为Cu。

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为13%， Mn为5%, Zn为35%,其余为Cu。铜丝直径为3mm。 

铁丝的成分为C为0.07%，Si为0.4%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。铁丝直径为3mm。材料中铜丝与铁丝的总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为45%。

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为300微米；镀铜层的厚度为600微米；按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

表1

由上表可见，铜合金中Al、Si、 Mn、Y的含量提高，利于合金的抗蚀能力和强度；铜丝的Al、Mn、Zn的含量提高同样利于抗蚀能力和强度的提高。但是这些元素过量，不利于合金的韧性。例如产品5，铜合金中Y的增加，化合物数量增多，但过多导致Y化合物的增加，会明显降低材料的韧性。

铜丝及铁丝体积百分比的增加，利于材料韧性的提高。但是过多，铜合金基体包不住金属丝及镀铜铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的韧性。因此影响合金的抗蚀能力。

金属丝直径太细，表面积太大，不利于镀层元素在铁水中的溶解。金属丝直径太粗，在铜合金基体中分布的密度减小，不利于材料整体抗蚀能力的提高。

Claims (3)

1.一种耐蚀铜合金材料，该材料以铜合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝总体长度相当；两种金属丝占材料的体积百分比为5-40%； 

铜合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为10-12%，Si为2%～4%,Zn为20-30%,Mn为0. 4-0. 6%, Y为0.5-1%,其余为Cu；

铜丝的化学成分的重量百分含量：Al为10%～12%， Mn为2-4%, Zn为20-30%,其余为Cu； 

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%,P<0.02%,S<0.025%,其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐蚀铜合金材料，其特征在于：所述基体中还分布有化合物CoSi2和Cu6Y颗粒。

3.一种耐蚀铜合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀钴铜丝及镀铜铁丝的准备：取直径为1-2mm、成分为Al为10%～12%， Mn为2-4%, Zn为20-30%,其余为Cu的铜丝及取直径为0.2-2mm、成分为C为0.04-0.06%，Si为0.2～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%,S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铜丝和铁丝的总体长度相当；控制铁丝占材料的体积百分比为5-40%；

按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铜；分别形成镀钴铜丝及镀铜铁丝；镀钴层的厚度为50-200微米；镀铜层的厚度为200-500微米；

按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铜铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

铜合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10-12%，Si为2%～4%, Zn为20-30%,Mn为0.4-0.6%,Y为0.5-1%,其余为Cu进行配料；铜合金原料在感应电炉中熔化，熔化温度为1250-1270℃；

将上述铜合金铁水浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态铜合金铁水将镀钴铜丝及镀铜铁丝包围，然后冷却凝固，得到以铜合金为基的其中分布有金属丝团的耐蚀铜合金材料。

Images