CN105603250B - 一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐海水腐蚀的铜合金，各组成及其质量百分比为：Cu66‑75%、Al0.04‑1.5%、Sn0.05‑0.38%、Si 0.02‑0.18%、P 0.26‑2.5%、余量为Zn，熔炼后得到的组织为单相α相。本发明还提供了上述耐海水腐蚀的铜合金的制备方法。本发明的耐海水腐蚀的铜合金耐海水长期腐蚀，合金中不含元素铅、砷，不会对鱼类养殖以及人类带来健康上的危害，加入的合金元素含量少，合金的加工性能好，材料成型性好，成本很低。

Description

一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种合金，具体来说是一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法。

背景技术

现有网箱网衣一般为合成纤维渔网材料（包括聚乙烯渔网或聚酰胺渔网材料），用合成纤维渔网装备的网箱在我国海区放置一段时间后网箱网衣上会布满海洋附着生物，它们既影响网箱内外水体交换、影响养殖户日常操作维护又影响养殖鱼类生长、导致养殖鱼类生病。由于合成纤维渔网材料存在问题，我国浙江省嵊泗海区曾尝试使用过黄铜合金网箱。铜合金网衣网箱的优势如下：1、防止生物污染，降低成本，避免鱼类应激和更换鱼网的麻烦；2、抑制寄生虫和病菌的滋生；3、增加水体交换和含氧量，有利于鱼类的健康和成长；4、阻止捕食者的攻击，防止鱼类逃逸；5、可保持网箱的容积；6、提高饲料转化率；7、减少沉积物排放；8、可100%回收。但是由于海水的强烈腐蚀性，即使使用了耐海水腐蚀性优异的铜合金即海军黄铜（C46400，C46500），也只能确保与铁网基本上相同的使用年数（寿命一般不超过2年左右）。因此，虽然铜合金网与化学纤维网相比具有极其有利性能，但是从包括使用寿命等综合成本方面考虑尚未大规模实用化。使用黄铜合金做渔网材料，如何提高黄铜的耐蚀性就是一个关键问题。过去通常都使用锡黄铜，一般锡黄铜含锡量为1%，在淡水及海水中均耐腐蚀，所以称为海军黄铜。但是锡黄铜中含锡量过多，会降低合金的塑性，而且合金有应力腐蚀破裂倾向。含锡量太少，耐腐蚀性能又差。如何选取合适的锡含量，使得黄铜合金既耐海水腐蚀，同时具有一定的机械性能以便于加工，能够抵抗风浪冲击，使用时不发生应力腐蚀断裂，不能有铅、砷等有毒元素等，就是海水围殖渔网铜合金开发要解决的问题。

专利（公开号CN200580026908.9）提供了一种鱼类养殖网铜合金材料，成分范围为62-91% Cu，0.01-4% Sn, 余量为Zn，合金组织为α相、γ相及δ相。为提高黄铜的耐蚀性，主要采用Sn、Zn元素搭配加上相对较高的其它元素来提高材料的耐蚀性能，但是由于加入元素较多，合金出现了两相甚至三相组织，而双相或者多相组织使得材料耐蚀性下降。

专利申请（申请号201410194408.7）提出采用一种渔网用耐蚀黄铜材料，具体成分为：Cu58-75%、Sn0.4-1.8%、Si0.2-0.5%、Bi0.2-0.5%、Pb ≤ 0.004%、Fe ≤ 0.003%、Cd ≤0.0005%、余量为Zn。为了克服黄铜中铁和铅对腐蚀性的影响，主要采取添加Bi和Sn元素，同时严格限制黄铜中铁和铅的含量来提高黄铜耐蚀性的目的。但是黄铜中添加Bi会增加材料的脆性，使得材料加工性能恶化；而Sn含量高则会增加材料成本，加工性能变差。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法，所述的这种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法要解决现有技术中的渔网用耐蚀合金加工性能恶化、耐蚀性不佳的技术问题。

本发明提供了一种耐海水腐蚀的铜合金，各组分的质量百分比如下所示：

Cu 66-75%，

Al 0.04-1.5%，

Sn 0.05-0.38%，

Si 0.02-0.18%，

P 0.26-2.5%，

Zn 余量；熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

进一步的，所述的耐海水腐蚀的铜合金的各组分的质量百分比如下所示：

Cu 70%，

Al 0.55%，

Sn 0.3%，

Si 0.15%，

P 2%，

Zn 27%。

进一步的，所述耐海水腐蚀的铜合金的各组分及其质量百分比满足下面关系为最佳：f0＝[Sn]+0.5[Al]＝0.07～2.25、f1＝[P]/[Si]＝0.4～50；其中，[Sn]是指Sn的质量百分比浓度，[Al] 是指Al的质量百分比浓度，[P] 是指P的质量百分比浓度，[Si] 是指Si的质量百分比浓度。

本发明还提供了上述的一种耐海水腐蚀的铜合金的制备方法，包括如下步骤：

1） 按照质量百分比称取各反应物质，其中Cu、Al、Sn 、Si、Zn为单质，P为Cu-P中间合金；

2） 将上述的物质加入到反应容器中，采用1000~1200℃的温度熔炼2~5小时，冷却后即为耐海水腐蚀的铜合金。

本发明通过微合金化设计，即加入微量的Al、Sn、Si、P并进行适当的配合，以及控制组织为单相α相，来达到提高合金耐海水腐蚀的目的；同时由于加入的合金元素含量少，合金的加工性能好，不会造成材料加工困难；选用的合金元素为低成本的Al、Si、P等，成本很低；合金中不含元素铅、砷，不会对鱼类以及人类带来健康上的危害。本发明既提高了了黄铜材料的耐蚀性，同时不损坏黄铜的其它性能。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明是一种低成本的适合海水围网养殖渔网用的耐蚀黄铜材料，通过合金化设计，即提高了合金的耐海水腐蚀性，同时具有强度高、加工性能好、硬度高、耐海水冲刷的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明，将有助于对本发明进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。

实施例1

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu66%、Al 0.2%、Sn 0.05%、Si 0.1%、P 0.26%、余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Si、Zn采用单质纯金属，P用Cu-15%P中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过400MPa，硬度HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为15μm/a。

实施例2

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu75%、Al 1.5%、Sn0.05%、Si 0.1%、P 2.5%、余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Si、Zn采用单质纯金属，P用Cu-15%P中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过为400MPa，硬度为HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为10μm/a。

实施例3

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu70%、Al 0.6%、Sn 0.3%、Si 0.18%、P 2%、余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Si、Zn采用单质纯金属，P用Cu-15%P中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过为450MPa，硬度为HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为8μm/a。

实施例4

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu58%、Al 0.04%、Sn 0.3%、Si 0.18%、P 1%、余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Si、Zn采用单质纯金属，P用Cu-15%P中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过为430MPa，硬度为HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为8μm/a。

Claims (3)

1.一种耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于各组分的质量百分比如下所示：

Cu 66-75%，

Al 0.04-1.5%，

Sn 0.05-0.38%，

Si 0.02-0.18%，

P 0.26-2.5%，

Zn 余量；

各组分及其质量百分比满足下面关系：f0＝[Sn]+0.5[Al]＝0.07～2.25、f1＝[P]/[Si]＝0.4～50；

熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

2.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于各组分的质量百分比如下所示：

Cu 70%，

Al 0.55%，

Sn 0.3%，

Si 0.15%，

P 2%，

Zn 27%。

3.权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的铜合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按照质量百分比称取各反应物质，其中Cu、Al、Sn 、Si、Zn为单质，P为Cu-P中间合金；

2）将上述的物质加入到反应容器中，采用1000~1200℃的温度熔炼2~5小时，冷却后即为耐海水腐蚀的铜合金。