CN108300894A - 一种耐腐蚀耐磨铜合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀耐磨铜合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于：该铜合金材料按重量百分比：Zn 33～34、Al 4.5‑4.8、Bi 0.9～1.0、Mg 0.5‑0.6，Se 0.1～0.15、B 0.001‑0.005、Mn 0.1～0.15、Li 0.1～0.15、Ca 0.1～0.15、Fe 0.1～0.15、Ti 0.05‑0.1、Zr 0.05‑0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。依据本申请记载的测试方法得到屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥650MPa、伸长率≥19%、平均腐蚀速率（mm/a）≥0.025。

Description

一种耐腐蚀耐磨铜合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金领域，特别提供一种耐腐蚀耐磨铜合金。
背景技术
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛应用的一种铜合金， 发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90％以上。随着人类活动及工业发展，铅对环境的污染日趋严重，因此在工业生产中必须严格控制各种产品的铅含量。目前无铅黄铜的替代研究主要有铋黄铜和锑黄铜，但国内对铋黄铜的研究尚未形成自主知识产权。根据铋黄铜和锑黄铜的研究思路，结合我国国情选用资源丰富价格低廉的镁，从切屑形成的角度，对镁黄铜的可切削性等性能和微观组织进行了研究，获得了具有市场推广价值的又一新型无铅易切削镁黄铜，将获得巨大的社会效益和经济效益。
黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜-锌二元合金,称为简单黄铜或普通黄铜。黄铜具有优良的导电、导热性能、耐腐蚀性能和冷热加工性能,通常被加工为板材、管材、棒材、线材和型材等产品,广泛应用于国民经济的各个领域。黄铜管材主要应用于电力、船舶制造、海水淡化、卫生洁具、汽车制造等行业,管材种类包括冷凝管、波导管、卫浴管、汽车同步齿环管等。近年来,随建筑业的发展,以卫生洁具为代表的高端黄铜管的发展十分迅猛。由其是出口欧美、日韩等国家和地区的外贸卫浴管市场极为走俏。该产品已尺寸偏差、机械性能、表面质量为主要特点，加工难度大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有铜合金中重金属铅引发的对环境和人体健康的危害，本发明提供一种既不影响黄铜合金力学性能和切削加工性能，还能使耐腐蚀、耐磨性能得到提高同时还符合环境保护和人们健康的无铅铜合金。
本发明的另一目的旨在提供上述合金的制备方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于：该铜合金材料按重量百分比：Zn 33～34、Al4.5-4.8、Bi 0.9～1.0、Mg 0.5-0.6，Se 0.1～0.15、B 0.001-0.005、Mn 0.1～0.15、Li 0.1～0.15、Ca 0.1～0.15、Fe 0.1～0.15、Ti 0.05-0.1、Zr 0.05-0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn 33～33.5、Al 4.5-4.6、Bi 0.9～0.95、Mg 0.5-0.55，Se 0.1～0.12、B 0.001-0.004、Mn 0.1～0.14、Li 0.1～0.14、Ca 0.1～0.14、Fe 0.1～0.14、Ti 0.05-0.09、Zr 0.05-0.09、稀土Sc+La+Y 0.01～0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn33、Al 4.5、Bi 0.9、Mg 0.5，Se 0.1、B 0.001、Mn 0.1、Li 0.1、Ca 0.1、Fe 0.1、Ti 0.05、Zr0.05、稀土Sc+La+Y 0.01、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn33.5、Al 4.6、Bi 0.95、Mg 0.55，Se 0.12、B 0.004、Mn 0.14、Li 0.14、Ca 0.14、Fe 0.14、Ti 0.09、Zr 0.09、稀土Sc+La+Y 0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn34、Al 4.8、Bi 1.0、Mg 0.6，Se 0.15、B 0.005、Mn 0.15、Li 0.15、Ca 0.15、Fe 0.15、Ti0.1、Zr 0.1、稀土Sc+La+Y 0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
上文记载的耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：其特征在于步骤（1）中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为58％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为67％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为83％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为70％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为39％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为65%、Zn-Fe中间合金中Fe占6.5%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％。
更进一步的，耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：其特征在于步骤（5）中，铜合金铸锭半成品加热到680℃保温3小时，随后以130℃/s的速度冷却，然后加热到330℃保温4小时，得到铜合金铸锭成品。
本发明中合金元素的作用如下：
Zn 普通黄铜的力学性能与Zn含量有关，Zn含量低于32%时为α相单相组织，α相是以铜为基的固溶体，面心立方结构，塑性好。随着Zn含量增加，合金的强度和塑性均得到提高。当Zn含量达到32-39%时，合金组织中开始出现β相。β相是以CuZn为基的固溶体，体系立方结构。本发明中Zn含量严格控制在33-34％之间， 其中优选为33-33.5％。
铝是除锌以外的主要合金元素，具有提高普通黄铜耐腐蚀性和强度的作用，熔炼和铸造过程中，形成的致密氧化膜，具有防止熔体氧化，减少易挥发、氧化的锌的损失，但铝的易氧化特性对铸造性能和焊接性能不利。此外，铝会粗化普通黄铜的晶粒。在本发明合金中，铝含量控制在4.5-4.8％范围内，优选控制在4.5-4.6％范围内。
添加铋的作用与铅类似，起提高切削性能的作用，在合金中以脆而不硬的质点 态分布于晶界上，促进切削断裂、脱落。改善铝黄铜的切削性能。铋增大铜合金的热裂和冷裂倾向，本发明合金中铋的含量控制在0.9-1.0％范围内，更高的铋含量，不仅增大合金的热裂倾向，铸造时铸件开裂时有发生，而且增加了成本，降低耐腐蚀性。优选含量为0.9-0.95wt％，可兼顾铸造性能、焊接性、切削性能和成本。
添加镁Mg主要是脱氧、净化的作用，镁固溶于α相及β相中，其溶解度不高，且镁的固溶强化作用不大，脆、不硬的含镁化合物在晶内和晶界均有分布，可以有效地提高铜合金的切削性能。Mg含量严格控制在0.5-0.6％之间， 其中优选为0.5-0.55％。
Se虽然可以通过与Cu和Zn形成化合物并且能够以这种化合物形式保持在合金中来改善合金的可切削性，但由于其单价比Zn高，因此，应尽可能降低该元素的用量。综合考虑到对热锻性和热加工性的影响，故优选为0.1-0.15%。 添加Se的情况下，更优选为0.1～0.12％的范围。
少量的硼B可以细化合金组织，提高合金的力学性能，改善其耐蚀、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力。B含量严格控制在0.001～0.005％之间， 其中优选为0.001-0.004％。
合金中锰Mn主要是提高机械性能和抗腐蚀性能。Mn是重要的强化元素，加入少量的Mn，便能显著提高黄铜的机械性能和耐蚀性能，同时可以有效地改善黄铜的切削性能。本发明中Mn含量严格控制在0.1～0.15％之间， 其中优选为0.1-0.14％。
Li：脱氧，防止铸造产生气孔和针孔。由于该元素在熔体中易氧化烧损，控制优选范围0. 1～0.15wt％， 其中优选为0.1-0.14％。
钙与铝一起包含在铜合金中，形成Al2Ca的金属间化合物，可以提高强度和硬度。钙含量，低于0.1％的 含量时，上述效果不行，另一方面，添加钙超过0.15％时，Al2Ca的金属间化 合物粗大化，导致黄铜合金的延展性降低，所以本发明的Ca为0.1～0.15％，优选是0.11-0.14。
Fe与Zn生成化合物细化合金组织；推迟黄铜的再结晶过程， 阻碍晶粒长大，Fe和Al同时加入效果更好。但含Fe量多时，富铁相过多，降低耐蚀性能。Fe含量严格控制在0.1～0.15％之间， 其中优选为0.1-0.14％。
Ti含量低于0.05%时，不能得到希望的强度；但是，其含量超过0.1%时，虽然强度提高，但可能会引起Ti偏析，不能获得均质的铜合金产品；而且在后续的加工工程中也容易出现裂纹，因此Ti 0.05-0.1%，优选是0.05-0.09%。Zr与Ti的情况类似，因此Zr 0.05-0.1%，优选是0.05-0.09%。Ti、Zr在铜合金中可以形成Cu4Ti、Cu9Zr2、ZrCr2的细小析出物，有利于细化最终铜合金的粒径，最后铜合金粒径可以达到1-35μm。
添加稀土元素(RE)一方面可以细化晶粒，从而增大晶界面，为锌的扩散增加阻力；另一方面由于稀土元素的净化变质作用，使铜合金中杂质、气孔、疏松减少，从而提高合金的机械性能；同时还可以改善合金的高温塑性，减少热加工开裂倾向。本发明中稀土为Sc+La+Y 0.01～0.05%、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，其中优选为0.02-0.04％。
非晶合金薄膜不仅具有块体非晶合金的优异特点，制备所需的要求也更低，玻璃形成能力范围更宽。此外，非晶合金薄膜具有很好的均匀性、耐磨和耐腐蚀性、高硬度、高电阻性、高活性和催发性以及许多特殊的磁学性质。相比于传统的铜合金产品，本发明主要是考虑了其在含酸碱、耐磨情况下领域时候的特殊用途，采用了在铜合金铸锭成品选取成分接近基体的Cu合金形成非晶合金来做进一步的涂覆，有利于结合紧密，能够形成耐腐蚀性、密合性的提高效果优异的化学生成覆盖膜。
本发明的有益效果是：避免了铅在铜合金生产和使用及回收利用过程中对环境和人体的危害； 同时具有良好的切削性能、力学性能；本发明由于在铜合金产品上具有特殊结构式原子比为Cu60Al30Ti10的涂层，具有提高耐腐蚀、耐磨性能得到提高。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面 地传达给本领域的技术人员。
实施例1
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 33、Al 4.5、Bi0.9、Mg 0.5，Se 0.1、B 0.001、Mn 0.1、Li 0.1、Ca 0.1、Fe 0.1、Ti 0.05、Zr 0.05、稀土Sc+La+Y 0.01、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
实施例2
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 33.5、Al 4.6、Bi 0.95、Mg 0.55，Se 0.12、B 0.004、Mn 0.14、Li 0.14、Ca 0.14、Fe 0.14、Ti 0.09、Zr0.09、稀土Sc+La+Y 0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
实施例3
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 34、Al 4.8、Bi1.0、Mg 0.6，Se 0.15、B 0.005、Mn 0.15、Li 0.15、Ca 0.15、Fe 0.15、Ti 0.1、Zr 0.05-0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
对比例1
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn 33、Al 4.5、Bi0.9、Mg 0.5，Se 0.1、B 0.001、Fe 0.1、Ti 0.05、Zr 0.05、稀土Sc+La+Y 0.01、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金、 Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
对比例2
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn 33.5、Al 4.6、Bi 0.5、Mg 0.55，Se 0.12、B 0.004、Mn 0.14、Li 0.14、Ca 0.14、Fe 0.14、稀土Sc+La+Y0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
对比例3
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 34、Al 4.8、Bi1.0、Mn 0.15、Li 0.15、Ca 0.15、Fe 0.15、Ti 0.1、Zr 0.05-0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料； Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
对比例4
一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比：Zn 34、Al 4.8、Bi1.0、Mg 0.6，Se 0.15、B 0.005、Mn 0.15、Li 0.15、Ca 0.15、Fe 0.15、Ti 0.1、Zr 0.05-0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
其制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品。
对实施例1-3、对比例1-4所得产品以如下方法进行性能检测：
1、力学性能测试
在铸件上取拉伸试验棒样，拉伸试验在CMT4105万能力学实验机上进行， 拉伸速度为2mm/min，每个试样不少于两根，拉伸试样根据国家标准GB6397-86 进行制样，测试实施例和对比例中产品的力学性能，相关结果见表1。
2、腐蚀性能检测
盐溶液静态腐蚀实验是根据GB/T19746-2005 《金属和合金的腐蚀-盐溶液周浸试验》进行，用细砂纸打磨一定数量的两种合金，并分别计算每个合金的表面积S和记录每个试样浸泡时间T，实验静态腐蚀的溶液浓度为 （35±1）g/L的NaCl中性盐溶液，温度控制在（25±2）℃以内且溶液的pH值在6.0～7.0之间，而且溶液体积与试样表面积比不小于3 L/dm2，每168 h更换一次溶液。在设定的时间分别取出试样，腐蚀产物的清除是依据GB/T16545—1996 《金属和合金的腐蚀——腐蚀试样上腐蚀产物的清除》 这一国标要求进行操作，用1∶1HCl溶液去除腐蚀产物后用扫描电镜进行形貌观察。本实验选取腐蚀168 h 后取出进行腐蚀速率的测量。测试结果见表1。
表1
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于：该铜合金材料按重量百分比：Zn 33～34、Al4.5-4.8、Bi 0.9～1.0、Mg 0.5-0.6，Se 0.1～0.15、B 0.001-0.005、Mn 0.1～0.15、Li 0.1～0.15、Ca 0.1～0.15、Fe 0.1～0.15、Ti 0.05-0.1、Zr 0.05-0.1、稀土Sc+La+Y 0.01～0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu，屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥650MPa、伸长率≥19%、平均腐蚀速率（mm/a）≥0.025。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 33～33.5、Al 4.5-4.6、Bi 0.9～0.95、Mg 0.5-0.55，Se 0.1～0.12、B 0.001-0.004、Mn 0.1～0.14、Li 0.1～0.14、Ca 0.1～0.14、Fe 0.1～0.14、Ti 0.05-0.09、Zr0.05-0.09、稀土Sc+La+Y 0.01～0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 33、Al 4.5、Bi 0.9、Mg 0.5，Se 0.1、B 0.001、Mn 0.1、Li 0.1、Ca 0.1、Fe 0.1、Ti0.05、Zr 0.05、稀土Sc+La+Y 0.01、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
4.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 33.5、Al 4.6、Bi 0.95、Mg 0.55，Se 0.12、B 0.004、Mn 0.14、Li 0.14、Ca 0.14、Fe0.14、Ti 0.09、Zr 0.09、稀土Sc+La+Y 0.04、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
5.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐磨铜合金，其特征在于，该铜合金材料按重量百分比： Zn 34、Al 4.8、Bi 1.0、Mg 0.6，Se 0.15、B 0.005、Mn 0.15、Li 0.15、Ca 0.15、Fe0.15、Ti 0.1、Zr 0.1、稀土Sc+La+Y 0.05、且其中Sc、La、Y质量比为6∶3∶1，不可避免的杂质≤0.1、余量为Cu。
6.权利要求1-5任一项所述耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：
（1）原料准备：按目标铜合金产品成分进行合金配比配料；具体以纯铜、Cu-Zn中间合金、Cu-Al中间合金、Cu-Bi中间合金、Cu-Mg中间合金、Cu-B中间合金，Cu-Mn中间合金、Cu-Ca中间合金、Zn-Fe中间合金为原料、Cu-Ti中间合金、Cu-Zr中间合金、Cu-RE中间合金为原料；Se、Li以金属单质的形式加入；
其中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为55-60％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为66-68％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为80-85％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为69-71％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为38-40％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为64-66%、Zn-Fe中间合金中Fe占6-7%、Cu-Ti中间合金中Ti占24%、Cu-Zr中间合金中Zr占54%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％；将称量的中间合金原料分别装入不同的小容器中，在预热设备中保持100-120℃的环境，将不同的小容器分批次加入预热；
（2）熔炼：在真空感应炉中先加入粗铜后加入其它中间合金，带完全熔化之后加入占合金总重量1.5-2%覆盖剂，覆盖剂成分是NaCl、Na4SiO4和Na3AlF6，三种物质重量比为6∶3∶1，将剩下低熔点原料Se、Li快速加入到感应炉炉底；
（3）除渣和精炼：待步骤（2）的合金完全熔化时加入占合金总重量1.2-1.5%精炼剂，精炼剂成分是冰晶石和氟化钠和氟硅酸钙，三种物质重量比为5∶4∶1，搅拌合金液使其均匀，停止后捞出渣；
（4）检验和浇铸：取样检测化学成分，合格后，转炉流至保温炉合金液对流搅拌；在200-300℃预热成型模具，且当温度为1000～1200℃时在气体保护性气氛下浇铸，浇铸速度为0.5-0.6Kg/s，得到铜合金铸锭半成品；
（5）铜合金铸锭半成品加热到680-690℃保温2-3小时，随后以125-135℃/s的速度冷却，然后加热到330-340℃保温3.5-4小时，得到铜合金铸锭成品；
（6）铸锭涂覆：首先对得到的铜合金铸锭成品进行超声波清洗，具体用超声波震荡清洗10～15min，取出后用去离子水中冲洗2-3次，去除铜合金铸锭表面的杂质，再使用镀膜装置将Al块、Ti块和Cu块作为靶材分别放置在电子束蒸发容器中，将超声波清洗之后的铜合金铸锭成品放在衬底托盘上；抽真空至1×10-4Pa以下，调节电流，使Al、Ti、Cu同时蒸发并沉积在衬底上，形成的非晶合金薄膜的结构式原子比为Cu60Al30Ti10，控制沉积时间为2-4h，沉积厚度为0.5-1mm。
7.权利要求6所述耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：其特征在于步骤（1）中，Cu-Zn中间合金中Zn质量分数为58％、Cu-Al中间合金中Al质量分数为67％、Cu-Bi中间合金中Bi质量分数为83％、Cu-Mg中间合金中Mg质量分数为70％、Cu-B中间合金中B质量分数为2.5％、Cu-Mn中间合金中Mn质量分数为39％、Cu-Ca中间合金中Ca的质量分数为65%、Zn-Fe中间合金中Fe占6.5%、Cu-RE中间合金中RE质量分数为10-30％。
8.权利要求6所述耐腐蚀耐磨铜合金的制备方法是：其特征在于步骤（5）中，铜合金铸锭半成品加热到680℃保温3小时，随后以130℃/s的速度冷却，然后加热到330℃保温4小时，得到铜合金铸锭成品。
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