CN102899522B

CN102899522B - 锆微合金化的镍铝青铜

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Publication number: CN102899522B
Application number: CN201210417110.9A
Authority: CN
Inventors: 何峰林; 何峰明; 丁志红; 许晓静; 潘励; 陈树东; 王宏宇; 楚满军
Original assignee: ZHENJIANG JINYE PROPELLER CO Ltd
Current assignee: ZHENJIANG JINYE PROPELLER CO Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102899522A

Abstract

一种锆微合金化的镍铝青铜及其制备方法，其特征是该合金主要由镍铝青铜及锆（Zr）组成，锆的质量百分比为0.03~0.1%。该合金的制备工艺流程为：首先，将镍铝青铜熔化后，然后加入Al-Zr中间合金；待全部熔化后，加入清渣剂，接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭。与常规镍铝青铜相比，本发明合金组织细小，其硬度提高8.1％，在3.5% NaCl溶液中的均匀腐蚀速率降低5.3％，并且摩擦系数显著下降，在海上舰船螺旋桨、海水泵、海上石油平台、海水管路系统、机械模具以及在高速、高压和高温下工作的轴承、衬套、涡轮等领域具有广泛的应用前景。

Description

锆微合金化的镍铝青铜

技术领域

本发明涉及一种铝青铜合金及其制备方法，尤其是一种镍铝青铜合金及其制备方法，具体地说是一种锆微合金化的镍铝青铜及其制备方法。

背景技术

镍铝青铜具有优良的抗高速海水冲刷性能、抗腐蚀性能和摩擦学性能，并且相对于超级双相不锈钢，其成形性能好、原材料价格及制造成本低。但其在用于制造大型零件时，由于铸件冷却速度慢，导致铸件组织粗大，严重抑制了铸件性能的提高。

众所周知，合金化及微合金化是提高铜合金组织与性能的有效手段。从镍铝青铜的成分（铜（Cu）77~82%，锰（Mn）0.5~4.0%，铝（Al）7.0~11.0%，铁（Fe）2.0~6.0%，镍（Ni）3.0~6.0%，锌（Zn）1.0%，余量为杂质元素）来看，该合金尚未进行微合金化。锆（Zr）元素加入到铝青铜合金中，锆（Zr）与Al在合金凝固过程中首先形成A1₃Zr（熔点1580℃）等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化合金组织，改善合金的“缓冷脆性”。

到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的锆微合金化的镍铝青铜可供使用，这一定程度上制约了我国海上舰船螺旋桨、海水泵、海上石油平台、海水管路系统、模具以及在高速、高压和高温下工作的轴承、衬套、涡轮等机械零件的高速发展。

发明内容

本发明的目的是在镍铝青铜合金主要成分的基础上，通过添加微量锆元素，发明一种高性能的镍铝青铜及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种锆微合金化的镍铝青铜，其特征在于：它主要由和锆（Zr）组成，其中锆的质量百分比为0.03~0.1%，余量为镍铝青铜。所述的镍铝青铜主要由铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）组成，其中，镍（Ni）的质量百分比为3.0~6.0%，铝（Al）的质量百分比为7.0~11.0%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，锌（Zn）的质量百分比为1.0%，铁（Fe）的质量百分比为2.0~6.0%，余量为铜（Cu）和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。

本发明的技术方案之二是：

一种锆微合金化的镍铝青铜的制备方法，其特征是：

首先，将镍铝青铜熔化后，然后加入Al-Zr中间合金；待全部熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭；即可获得锆微合金化的镍铝青铜。

所述的Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为3.699～4.521%。

所述的Al-Zr中间合金中Zr的最佳质量百分比为4.11%。

本发明的有益效果是：

（1）本发明锆微合金化的镍铝青铜，具有组织晶粒细小、硬度高、抗腐蚀性好、摩擦系数低等特点。如本发明锆微合金化的镍铝青铜（以实施例一为例），其硬度（HV）为229.3HV，比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的硬度212.125 HV提高了8.1％；再如，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02295 mm/a（以实施例一为例），比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的均匀腐蚀速率0.02424 mm/a降低了5.3％。

（2）本发明锆微合金化的镍铝青铜（以实施例一为例），在高频往复摩擦磨损试验机上(频率20Hz，载荷1N，时间10min，冲程0.8~1mm，摩擦对偶件为直径4 mm的Si₃N₄球)的干摩擦系数为0.0238，比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的干摩擦系数0.0272降低了12.5%；在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.0243（以实施例一为例），比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的湿摩擦系数0.0251降低了3.19 %，摩擦系数显著降低。

（3）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，按本发明所述的工艺参数能容易地得到符合要求的锆微合金化的镍铝青铜材料。

（4）本发明公开了一种锆微合金化的镍铝青铜的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能镍铝青铜的技术封锁，可满足我国大型舰船螺旋桨、水泵、阀门、海水淡化设备等领域的需求。

附图说明

图1是本发明实施例一的锆微合金化的镍铝青铜金相组织。

图2是本发明对比例一的常规镍铝青铜金相组织。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示。

一种锆微合金化的镍铝青铜，其制备方法为：

按8.9577kg配制为例。

首先，将8.85kg 自制（见对比例一）或市售镍铝青铜（成分：79.77Cu，1.1Mn，8.84Al，5.05Fe，4.54Ni, 0.58Zn, 实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同）熔化后加入107.7g Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr（锆的含量以3.699～4.521%为佳）,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锆微合金化的镍铝青铜。

本实施例的复合微合金化后的镍铝青铜经光谱实际测量成分为：4.43% Ni，9.92% Al，1.07% Mn，5.24% Fe，0.52%Zn，0.045% Zr，余量为铜和少量杂质元素。

本实施例的锆微合金化后的镍铝青铜组织细小（图1），其硬度（HV）为229.3HV，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02295 mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si₃N₄球对摩时，在空气中的干摩擦系数为0.0238，在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.0243。

实施例二。

一种锆微合金化的镍铝青铜，其制备方法为：

按8.9577kg配制为例。

首先，将8.855kg 镍铝青铜（成分：78.34Cu，1.30Mn，9.94Al，5.52Fe，4.30Ni，0.43Zn，实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同）熔化后加入102.7g Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锆微合金化的镍铝青铜。

本实施例的锆微合金化后的镍铝青铜经光谱实际测量成分为：4.29 % Ni，10.91% Al，1.28 % Mn，5.69% Fe，0.40%Zn, 0.0434% Zr，余量为铜和少量杂质元素。

实施例三。

一种锆微合金化的镍铝青铜，其制备方法为：

按8.9577kg配制为例。

首先，将8.887kg 自制（见对比例一）或市售镍铝青铜（成分：79.77Cu，1.1Mn，8.84Al，5.05Fe，4.54Ni, 0.58Zn, 实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同）熔化后加入71.07g Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr（锆的含量以3.699～4.521%为佳）,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锆微合金化的镍铝青铜。

本实施例的锆微合金化后的镍铝青铜经光谱实际测量成分为：4.43% Ni，9.92% Al，1.07% Mn，5.24% Fe，0.52%Zn，0.03% Zr，余量为铜和少量杂质元素。

实施例四。

一种锆微合金化的镍铝青铜，其制备方法为：

按8.9577kg配制为例。

首先，将8.721kg 自制（见对比例一）或市售镍铝青铜（成分：79.77Cu，1.1Mn，8.84Al，5.05Fe，4.54Ni, 0.58Zn, 实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同）熔化后加入236.9g Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr（锆的含量以3.699～4.521%为佳）,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置保温1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锆微合金化的镍铝青铜。

本实施例的锆微合金化后的镍铝青铜经光谱实际测量成分为：4.43% Ni，9.92% Al，1.07% Mn，5.24% Fe，0.52%Zn，0.1% Zr，余量为铜和少量杂质元素。

金相组织显示，实施例二～四的锆微合金化后的镍铝青铜的组织结构及机械性能与实施例一相近似。

对比例一。

如图2所示。

一种常规镍铝青铜，按以下方法制备而成

按7.2268kg配制为例。

首先，将7.2268 kg 镍铝青铜熔化后，加入清渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼3min；最后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即得常规镍铝青铜。

本对比例的镍铝青铜经光谱实际测量成分为：4.54% Ni，8.84%Al，1.20% Mn，5.05% Fe，0.44%Zn，余量为铜和少量杂质元素。

本对比例的镍铝青铜组织粗大（图2），其硬度（HV）为212.125HV，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02424 mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si₃N₄球对摩时，在空气中的干摩擦系数为0.0272，在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.0251。

以上仅列出了几个常见锆微合金化的镍铝青铜的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实施例，适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造，即可获得理想的锆微合金化的镍铝青铜。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种锆微合金化的镍铝青铜，它主要由镍铝青铜和锆（Zr）组成，其中锆的质量百分比为0.03~0.1%，余量为镍铝青铜；所述的镍铝青铜主要由铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）组成，其中，镍（Ni）的质量百分比为3.0~6.0%，铝（Al）的质量百分比为7.0~11.0%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，锌（Zn）的质量百分比为1.0%，铁（Fe）的质量百分比为2.0~6.0%，余量为铜（Cu）和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%；其特征它采用以下方法制造而得：首先，将镍铝青铜熔化后，加入Al-Zr中间合金；所述的Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为3.699～4.521%；

其次，待全部熔化后，加入清渣剂以除去杂质，接着通入高纯氮气精炼；

最后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；

即可获得锆微合金化的镍铝青铜，所述的锆以Al-Zr中间合金的形式形成。

2.根据权利要求1所述的锆微合金化的镍铝青铜，其特征是所述的Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。