CN105238948A

CN105238948A - 一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料及其制备方法

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Publication number: CN105238948A
Application number: CN201510726940.3A
Authority: CN
Inventors: 孙飞; 赵勇; 埃里克斯-高登
Original assignee: Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Current assignee: Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明涉及一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料及其制备方法，该高强度纳米级碳化硅铜基合金材料由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅2-4％，铜合金C95400？96-98％。纳米级碳化硅铜基合金材料经搅拌、熔炼、铸造等步骤。本发明提供的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料结合了纳米级碳化硅和铜合金的优点，具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，将其应用在航空航天、石油及海洋工程中，从而延长航空航天高强度耐压产品、石油工程设别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的使用寿命。

Description

一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅铜基合金材料及其制备方法，特别是涉及一种用于有效提高碳化硅铜基合金材料强度、耐磨性和耐腐蚀性的纳米级碳化硅铜基合金材料。

背景技术

美国标准ASTMB505合金材料C95400是一种铝青铜材料，由于有较高的强度和减摩性，良好的耐蚀性，在热态下压力加工性良好，可电焊和气焊，主要用于如轴衬，轴套，法兰盘，齿轮及其他重要耐蚀零件，耐磨零件。但是在特殊应用方面，其性能难以满足比如航空航天高强度耐压产品、石油工程设别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的需求。因此，只有进一步改进铜合金的强度性能、耐磨性和耐腐蚀性才能更大范围的在不同特殊领域应用此种材料。

纳米碳化硅是一种通过一定的技术条件，在普通碳化硅材料的基础上制备而出的一种纳米材料。纳米碳化硅具有纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，高表面活性，松装密度低，极好的力学，热学，电学和化学性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自润滑，高热传导率，低热膨胀系数及高温强度大等特点。

综上，将纳米碳化硅和C95400铜合金二者优势结合在一起的新型合金材料一定能够在一定程度上满足特殊领域对材料的要求。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进纳米碳化硅及铜合金之间体积配比以及制备条件，提供一种有效提高碳化硅铜基合金材料强度、耐磨性和耐腐蚀性的纳米级碳化硅铜基合金材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅2-4％，铜合金C9540096-98％。

优选地，本发明的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅2％，铜合金C9540098％。

优选地，本发明的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅4％，铜合金C9540096％。

优选地，本发明的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅3％，铜合金C9540097％。

进一步地，所述纳米级碳化硅的粒径是100μm-300μm。

进一步地，所述铜合金C95400由如下重量百分比的组分组成：铁3.0-5.0％，铝锭10.0-11.5％，锰0.5％，镍1.5％，其余为铜。

本发明提供一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法具有以下步骤：

1)制备铜合金C95400：将铜，铝锭，铁，锰及镍按照上述的重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的98％；熔炼温度为1000-1100℃，时间为2-3h；

2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金液体进行成分检测，以确定其化学组成在上述范围之内；

3)将纳米级碳化硅按体积百分比为2-4％与放入上述C95400铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1700-1800℃并保持20-30min；

4)将制作完成的纳米级碳化硅铜基合金材料在电炉中进行保温，时间为10-15min；之后采用连续铸造的方式将此纳米级碳化硅铜基合金铸造成纳米级碳化硅铜基合金棒材，铸造温度为900-950℃；

5)将铸造完成之后的纳米级碳化硅铜基合金棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。

优选地，本发明的一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为2％。

优选地，本发明的一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为4％。

优选地，本发明的一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为3％。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

本发明将纳米碳化硅颗粒材料通过上述技术手段均匀分布在C95400铜合金材料中，利用纳米级碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，弥补了C95400铜合金材料的缺点，实现C95400铜合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的纳米级碳化硅铜基合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，将其应用在航空航天、石油及海洋工程中，从而延长航空航天高强度耐压产品、石油工程设别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明提供的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料及其制备方法作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

本发明实施例1的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料各组分的体积百分比为：纳米级碳化硅2％，铜合金C9540098％。纳米级碳化硅为粒径大于100μm，小于300μm的碳化硅颗粒。铜合金C95400由如下重量百分比的组分组成：铁3.0-5.0％，铝锭10.0-11.5％，锰0.5％，镍1.5％，其余为铜。

本发明实施例1的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，包括下述步骤(如图1所示)：

1)制备铜合金C95400：将铜，铝锭，铁，锰及镍按照上述的重量比例(即美国标准ASTMB505)放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的98％；熔炼温度为1000℃，时间为2h；

3)将体积百分比为2％的纳米级碳化硅与放入上述C95400铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1700℃并保持20min；

4)将制作完成的纳米级碳化硅铜基合金材料在电炉中进行保温，时间为10min；之后采用连续铸造的方式将此纳米级碳化硅铜基合金铸造成纳米级碳化硅铜基合金棒材，铸造温度为900℃；

实施例2

本发明实施例2的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料各组分的体积百分比为：纳米级碳化硅4％，铜合金C9540096％。纳米级碳化硅为粒径大于100μm，小于300μm的碳化硅颗粒。铜合金C95400由如下重量百分比的组分组成：铁3.0-5.0％，铝锭10.0-11.5％，锰0.5％，镍1.5％，其余为铜。

本发明实施例2的纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，包括下述步骤(如图1所示)：

1)制备铜合金C95400：将铜，铝锭，铁，锰及镍按照上述的重量比例(即美国标准ASTMB505)放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的98％；熔炼温度为1100℃，时间为3h；

3)将体积百分比为4％的纳米级碳化硅与放入上述C95400铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1800℃并保持30min；

4)将制作完成的纳米级碳化硅铜基合金材料在电炉中进行保温，时间为15min；之后采用连续铸造的方式将此纳米级碳化硅铜基合金铸造成纳米级碳化硅铜基合金棒材，铸造温度为950℃；

实施例3

本发明实施例3的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料各组分的体积百分比为：纳米级碳化硅3％，铜合金C9540097％。纳米级碳化硅为粒径大于100μm，小于300μm的碳化硅颗粒。铜合金C95400由如下重量百分比的组分组成：铁3.0-5.0％，铝锭10.0-11.5％，锰0.5％，镍1.5％，其余为铜。

本发明实施例3的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，包括下述步骤(如图1所示)：

3)将体积百分比为3％的纳米级碳化硅与放入上述C95400铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1800℃并保持30min；

比较例1

添加传统元素镉、硅的铜合金材料，由以下组分组成：占合金材料总重量0.8％的镉，占合金材料总重量1.2％的硅，占合金材料总重量98％的铜合金。通过传统的热处理工艺，即反复退火、回火及蘸火等热处理工艺，制备得到上述铜合金材料。

比较例2

添加传统元素镉、硅的铜合金材料，由以下组分组成：占合金材料总重量0.9％的镉，占合金材料总重量2.1％的硅，占合金材料总重量97％的铜合金。通过传统的热处理工艺，即反复退火、回火及蘸火等热处理工艺，制备得到上述铜合金材料。

本发明的纳米级碳化硅铜基合金材料以及上述比较例1和2的传统铜合金材料的机械性能如表1所示。

表1

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅2-4％，铜合金C9540096-98％。

2.根据权利要求1所述的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅2％，铜合金C9540098％。

3.根据权利要求1所述的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅4％，铜合金C9540096％。

4.根据权利要求1所述的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米级碳化硅3％，铜合金C9540097％。

5.根据权利要求1-4中任一项的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，所述纳米级碳化硅的粒径是100μm-300μm。

6.根据权利要求1-4中任一项的高强度纳米级碳化硅铜基合金材料，其特征在于，所述铜合金C95400由如下重量百分比的组分组成：铁3.0-5.0％，铝锭10.0-11.5％，锰0.5％，镍1.5％，其余为铜。

7.一种高强度纳米级碳化硅铜基合金材料的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：

1)制备铜合金C95400：将铜，铝锭，铁，锰及镍按照权利要求6所述的重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的98％；熔炼温度为1000-1100℃，时间为2-3h；

2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金液体进行成分检测，以确定其化学组成在权利要求6所述的范围之内；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为2％。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为4％。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述纳米级碳化硅的体积百分比为3％。