CN108384983A - 一种高强度铜基合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度铜基合金材料，包括以下重量份的原料：纯铜、铝、锡、碳化硅、石英砂、硬酸酸锌、氮化硼、氧化聚乙烯蜡、脱氧剂和孕育剂，其制备方法为：原料准备；原料粉碎混合；真空感应熔炉调节；原料融化混合：当真空感应熔炉温度达到1200‑1300℃，加入混合料，混合料完全融化后再加入一定量的脱氧剂和孕育剂，混合均匀后，得到混合液；冷却成型：将混合液冷却成型后得到高强度铜基合金；本发明通过将纯铜、铝、锡、碳化硅和石英砂混合在一起，形成铜基合金，有效提升铜合金的强度和耐腐蚀性，有效提升使用的方便性；加入脱氧剂和孕育剂，可以有效提升铜基合金的性能。

Description

一种高强度铜基合金材料
技术领域
本发明涉及铜基合金技术领域，具体为一种高强度铜基合金材料。
背景技术
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质，根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。铜基合金的突出优点是抗疲劳强度高耐热性好，随着工业的发展，铜基合金在电气、电子、交通、轻工业、建筑和航天等领域具有广泛的运用，因此对其机械性能提出了更高的要求。
所以，如何设计一种高强度铜基合金材料，成为我们当前要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度铜基合金材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度铜基合金材料，包括以下重量份的原料：纯铜60-80份、铝20-25份、锡5-10份、碳化硅3-5份、石英砂1-2份、硬酸酸锌2-4份、氮化硼1-2份、氧化聚乙烯蜡3-5份、脱氧剂2-4份和孕育剂1-3份。
根据上述技术方案，所述碳化硅的制备方法为首先将有机金属盐中的一种或几种加入液态聚碳硅烷中，置于磁力搅拌器上进行搅拌，时间为3～5小时，温度为60～90℃；接着将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为50～80ml/min，以0.5～1.5℃/min的升温速率依次升至200℃，400℃和900～1100℃，分别保温4小时，交联裂解结束；接着再将交联裂解得到的固体物进行球磨，时间为2～4小时，转速为1200周/分；最后将上述球磨得到的陶瓷粉体放入高温热处理炉中进行热处理，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为30～60ml/min，以20℃/min的升温速度均匀升温，升至1400℃时，以5℃/min的升温速度均匀升温，在1600-1850℃保温热处理1～2小时，得到改性的碳化硅粉体。
根据上述技术方案，所述氮化硼的制备方法为将分析纯尿素放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热75-85℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为180-190℃，浓缩密度控制在18-22Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的尿素结晶；接着将分析纯硼酸放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热65-75℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为175-185℃，浓缩密度控制在19-21Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的硼酸结晶；最后将提纯的尿素结晶及提纯的硼酸结晶，按照重量比为2∶1混合，在60-65℃温度下加热，开始熔融、呈透明状，通入氮气，反应1.5-2h，再慢慢升高温度至160-170℃，固化，继续升温至320-350℃，挥发2-3h后，停止加热，冷却，取出，研细粉状，装入石英舟中，石英舟放在石英管中，在通氮气情况下，于950-1000℃，煅烧5-6h后，在氮气气流中冷却室温，即得高纯氮化硼。
根据上述技术方案，所述脱氧剂的制备方法为首先选取重量百分比为18～35％的钙，余量为铁，同时选取钙铁总量重量百分比为3～5％的碳一起加入到密闭的熔炉中熔炼；接着在熔炼的同时向熔炉上层空间通入过量可燃气体并点燃；再接着将密封浇铸室内加入过量的可燃气体并点燃；最后将熔炼后的合金液在密封浇铸室内浇铸，将浇铸冷却后的合金密封包装后保存，即可得到脱氧剂。
根据上述技术方案，所述孕育剂的制备方法为将稀土硅铁合金、锰铁、硅铁、硅钡分别破碎为0.5-15mm颗粒，按重量百分比为稀土硅铁合金29-31％、锰铁39-41％、硅铁19-21％、硅钡9-11％的比例混合，加热至380-420℃烘干，放至常温，制成铸造用复合孕育剂。
根据上述技术方案，所述氧化聚乙烯蜡的制备方法为首先将高密度聚乙烯树脂进行热裂解获得低分子量高密度聚乙烯蜡，然后于压力釜内在高于蜡熔点的温度下，利用分散剂的帮助将所得高密度聚乙烯蜡分散在水介质中，接着在高于蜡熔点的温度下通入氧化性气体，在一定压力下进行氧化，最后洗涤并去除水分得到高密度氧化聚乙烯蜡。
一种高强度铜基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)原料准备：按原料的配方比称取一定量的原料，备用；
2)原料粉碎混合：将纯铜、铝、锡、碳化硅、石英砂、硬酸酸锌、氮化硼和氧化聚乙烯蜡混合后加入到球磨机中进行球磨，得到混合料；
3)真空感应熔炉调节：调节真空感应熔炉中的真空度到0.5-0.7，接着再通入惰性气体，并进行抽真空，将真空感应熔炉中的真空度控制在0.5-0.7；
4)原料融化混合：当真空感应熔炉温度达到1200-1300℃，加入混合料，混合料完全融化后再加入一定量的脱氧剂和孕育剂，混合均匀后，得到混合液；
5)冷却成型：将混合液冷却成型后得到高强度铜基合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将纯铜、铝、锡、碳化硅和石英砂混合在一起，形成铜基合金，有效提升铜合金的强度和耐腐蚀性，有效提升使用的方便性；加入脱氧剂和孕育剂，可以有效提升铜基合金的性能，同时本发明，可以有效提升铜基合金的生产效率，有效提升使用的方便性。
附图说明
图1是本发明的高强度铜基合金材料的合成流程方框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1，本发明提供一种高强度铜基合金材料，包括以下重量份的原料：纯铜60份、铝20份、锡5份、碳化硅3份、石英砂1份、硬酸酸锌2份、氮化硼1份、氧化聚乙烯蜡3份、脱氧剂2份和孕育剂1份。
根据上述技术方案，碳化硅的制备方法为首先将有机金属盐中的一种或几种加入液态聚碳硅烷中，置于磁力搅拌器上进行搅拌，时间为3～5小时，温度为60～90℃；接着将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为50～80ml/min，以0.5～1.5℃/min的升温速率依次升至200℃，400℃和900～1100℃，分别保温4小时，交联裂解结束；接着再将交联裂解得到的固体物进行球磨，时间为2～4小时，转速为1200周/分；最后将上述球磨得到的陶瓷粉体放入高温热处理炉中进行热处理，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为30～60ml/min，以20℃/min的升温速度均匀升温，升至1400℃时，以5℃/min的升温速度均匀升温，在1600-1850℃保温热处理1～2小时，得到改性的碳化硅粉体。
根据上述技术方案，氮化硼的制备方法为将分析纯尿素放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热75-85℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为180-190℃，浓缩密度控制在18-22Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的尿素结晶；接着将分析纯硼酸放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热65-75℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为175-185℃，浓缩密度控制在19-21Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的硼酸结晶；最后将提纯的尿素结晶及提纯的硼酸结晶，按照重量比为2∶1混合，在60-65℃温度下加热，开始熔融、呈透明状，通入氮气，反应1.5-2h，再慢慢升高温度至160-170℃，固化，继续升温至320-350℃，挥发2-3h后，停止加热，冷却，取出，研细粉状，装入石英舟中，石英舟放在石英管中，在通氮气情况下，于950-1000℃，煅烧5-6h后，在氮气气流中冷却室温，即得高纯氮化硼。
根据上述技术方案，脱氧剂的制备方法为首先选取重量百分比为18～35％的钙，余量为铁，同时选取钙铁总量重量百分比为3～5％的碳一起加入到密闭的熔炉中熔炼；接着在熔炼的同时向熔炉上层空间通入过量可燃气体并点燃；再接着将密封浇铸室内加入过量的可燃气体并点燃；最后将熔炼后的合金液在密封浇铸室内浇铸，将浇铸冷却后的合金密封包装后保存，即可得到脱氧剂。
根据上述技术方案，孕育剂的制备方法为将稀土硅铁合金、锰铁、硅铁、硅钡分别破碎为0.5-15mm颗粒，按重量百分比为稀土硅铁合金29-31％、锰铁39-41％、硅铁19-21％、硅钡9-11％的比例混合，加热至380-420℃烘干，放至常温，制成铸造用复合孕育剂。
根据上述技术方案，氧化聚乙烯蜡的制备方法为首先将高密度聚乙烯树脂进行热裂解获得低分子量高密度聚乙烯蜡，然后于压力釜内在高于蜡熔点的温度下，利用分散剂的帮助将所得高密度聚乙烯蜡分散在水介质中，接着在高于蜡熔点的温度下通入氧化性气体，在一定压力下进行氧化，最后洗涤并去除水分得到高密度氧化聚乙烯蜡。
一种高强度铜基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)原料准备：按原料的配方比称取一定量的原料，备用；
2)原料粉碎混合：将纯铜、铝、锡、碳化硅、石英砂、硬酸酸锌、氮化硼和氧化聚乙烯蜡混合后加入到球磨机中进行球磨，得到混合料；
3)真空感应熔炉调节：调节真空感应熔炉中的真空度到0.5-0.7，接着再通入惰性气体，并进行抽真空，将真空感应熔炉中的真空度控制在0.5-0.7；
4)原料融化混合：当真空感应熔炉温度达到1200-1300℃，加入混合料，混合料完全融化后再加入一定量的脱氧剂和孕育剂，混合均匀后，得到混合液；
5)冷却成型：将混合液冷却成型后得到高强度铜基合金。
实施例2：请参阅图1，本发明提供一种高强度铜基合金材料，包括以下重量份的原料：纯铜80份、铝25份、锡10份、碳化硅5份、石英砂2份、硬酸酸锌4份、氮化硼2份、氧化聚乙烯蜡5份、脱氧剂4份和孕育剂3份。
根据上述技术方案，包括以下重量份的原料：碳化硅的制备方法为首先将有机金属盐中的一种或几种加入液态聚碳硅烷中，置于磁力搅拌器上进行搅拌，时间为3～5小时，温度为60～90℃；接着将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为50～80ml/min，以0.5～1.5℃/min的升温速率依次升至200℃，400℃和900～1100℃，分别保温4小时，交联裂解结束；接着再将交联裂解得到的固体物进行球磨，时间为2～4小时，转速为1200周/分；最后将上述球磨得到的陶瓷粉体放入高温热处理炉中进行热处理，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为30～60ml/min，以20℃/min的升温速度均匀升温，升至1400℃时，以5℃/min的升温速度均匀升温，在1600-1850℃保温热处理1～2小时，得到改性的碳化硅粉体。
根据上述技术方案，氮化硼的制备方法为将分析纯尿素放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热75-85℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为180-190℃，浓缩密度控制在18-22Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的尿素结晶；接着将分析纯硼酸放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热65-75℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为175-185℃，浓缩密度控制在19-21Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的硼酸结晶；最后将提纯的尿素结晶及提纯的硼酸结晶，按照重量比为2∶1混合，在60-65℃温度下加热，开始熔融、呈透明状，通入氮气，反应1.5-2h，再慢慢升高温度至160-170℃，固化，继续升温至320-350℃，挥发2-3h后，停止加热，冷却，取出，研细粉状，装入石英舟中，石英舟放在石英管中，在通氮气情况下，于950-1000℃，煅烧5-6h后，在氮气气流中冷却室温，即得高纯氮化硼。
根据上述技术方案，脱氧剂的制备方法为首先选取重量百分比为18～35％的钙，余量为铁，同时选取钙铁总量重量百分比为3～5％的碳一起加入到密闭的熔炉中熔炼；接着在熔炼的同时向熔炉上层空间通入过量可燃气体并点燃；再接着将密封浇铸室内加入过量的可燃气体并点燃；最后将熔炼后的合金液在密封浇铸室内浇铸，将浇铸冷却后的合金密封包装后保存，即可得到脱氧剂。
根据上述技术方案，孕育剂的制备方法为将稀土硅铁合金、锰铁、硅铁、硅钡分别破碎为0.5-15mm颗粒，按重量百分比为稀土硅铁合金29-31％、锰铁39-41％、硅铁19-21％、硅钡9-11％的比例混合，加热至380-420℃烘干，放至常温，制成铸造用复合孕育剂。
根据上述技术方案，氧化聚乙烯蜡的制备方法为首先将高密度聚乙烯树脂进行热裂解获得低分子量高密度聚乙烯蜡，然后于压力釜内在高于蜡熔点的温度下，利用分散剂的帮助将所得高密度聚乙烯蜡分散在水介质中，接着在高于蜡熔点的温度下通入氧化性气体，在一定压力下进行氧化，最后洗涤并去除水分得到高密度氧化聚乙烯蜡。
一种高强度铜基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)原料准备：按原料的配方比称取一定量的原料，备用；
2)原料粉碎混合：将纯铜、铝、锡、碳化硅、石英砂、硬酸酸锌、氮化硼和氧化聚乙烯蜡混合后加入到球磨机中进行球磨，得到混合料；
3)真空感应熔炉调节：调节真空感应熔炉中的真空度到0.5-0.7，接着再通入惰性气体，并进行抽真空，将真空感应熔炉中的真空度控制在0.5-0.7；
4)原料融化混合：当真空感应熔炉温度达到1200-1300℃，加入混合料，混合料完全融化后再加入一定量的脱氧剂和孕育剂，混合均匀后，得到混合液；
5)冷却成型：将混合液冷却成型后得到高强度铜基合金。
基于上述，本发明的优点在于，本发明通过将纯铜、铝、锡、碳化硅和石英砂混合在一起，形成铜基合金，有效提升铜合金的强度和耐腐蚀性，有效提升使用的方便性；加入脱氧剂和孕育剂，可以有效提升铜基合金的性能，同时本发明，可以有效提升铜基合金的生产效率，有效提升使用的方便性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高强度铜基合金材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：纯铜60-80份、铝20-25份、锡5-10份、碳化硅3-5份、石英砂1-2份、硬酸酸锌2-4份、氮化硼1-2份、氧化聚乙烯蜡3-5份、脱氧剂2-4份和孕育剂1-3份。
2.根据权利要求1的一种高强度铜基合金材料，其特征在于：所述碳化硅的制备方法为首先将有机金属盐中的一种或几种加入液态聚碳硅烷中，置于磁力搅拌器上进行搅拌，时间为3～5小时，温度为60～90℃；接着将混合均匀的原料放入交联裂解炉中，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为50～80ml/min，以0.5～1.5℃/min的升温速率依次升至200℃，400℃和900～1100℃，分别保温4小时，交联裂解结束；接着再将交联裂解得到的固体物进行球磨，时间为2～4小时，转速为1200周/分；最后将上述球磨得到的陶瓷粉体放入高温热处理炉中进行热处理，先抽真空到-0.09MPa，再充氩气到0MPa，并保持氩气流通，流速为30～60ml/min，以20℃/min的升温速度均匀升温，升至1400℃时，以5℃/min的升温速度均匀升温，在1600-1850℃保温热处理1～2小时，得到改性的碳化硅粉体。
3.根据权利要求1的一种高强度铜基合金材料，其特征在于：所述氮化硼的制备方法为将分析纯尿素放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热75-85℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为180-190℃，浓缩密度控制在18-22Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的尿素结晶；接着将分析纯硼酸放入蒸发皿中，加入蒸馏水加热65-75℃，溶样后，过滤，将滤液倒入蒸发皿中，加热，浓缩，温度为175-185℃，浓缩密度控制在19-21Be，停止加热、冷却结晶，得提纯的硼酸结晶；最后将提纯的尿素结晶及提纯的硼酸结晶，按照重量比为2∶1混合，在60-65℃温度下加热，开始熔融、呈透明状，通入氮气，反应1.5-2h，再慢慢升高温度至160-170℃，固化，继续升温至320-350℃，挥发2-3h后，停止加热，冷却，取出，研细粉状，装入石英舟中，石英舟放在石英管中，在通氮气情况下，于950-1000℃，煅烧5-6h后，在氮气气流中冷却室温，即得高纯氮化硼。
4.根据权利要求1的一种高强度铜基合金材料，其特征在于：所述脱氧剂的制备方法为首先选取重量百分比为18～35％的钙，余量为铁，同时选取钙铁总量重量百分比为3～5％的碳一起加入到密闭的熔炉中熔炼；接着在熔炼的同时向熔炉上层空间通入过量可燃气体并点燃；再接着将密封浇铸室内加入过量的可燃气体并点燃；最后将熔炼后的合金液在密封浇铸室内浇铸，将浇铸冷却后的合金密封包装后保存，即可得到脱氧剂。
5.根据权利要求1的一种高强度铜基合金材料，其特征在于：所述孕育剂的制备方法为将稀土硅铁合金、锰铁、硅铁、硅钡分别破碎为0.5-15mm颗粒，按重量百分比为稀土硅铁合金29-31％、锰铁39-41％、硅铁19-21％、硅钡9-11％的比例混合，加热至380-420℃烘干，放至常温，制成铸造用复合孕育剂。
6.根据权利要求1的一种高强度铜基合金材料，其特征在于：所述氧化聚乙烯蜡的制备方法为首先将高密度聚乙烯树脂进行热裂解获得低分子量高密度聚乙烯蜡，然后于压力釜内在高于蜡熔点的温度下，利用分散剂的帮助将所得高密度聚乙烯蜡分散在水介质中，接着在高于蜡熔点的温度下通入氧化性气体，在一定压力下进行氧化，最后洗涤并去除水分得到高密度氧化聚乙烯蜡。
7.一种高强度铜基合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)原料准备：按原料的配方比称取一定量的原料，备用；
2)原料粉碎混合：将纯铜、铝、锡、碳化硅、石英砂、硬酸酸锌、氮化硼和氧化聚乙烯蜡混合后加入到球磨机中进行球磨，得到混合料；
3)真空感应熔炉调节：调节真空感应熔炉中的真空度到0.5-0.7，接着再通入惰性气体，并进行抽真空，将真空感应熔炉中的真空度控制在0.5-0.7；
4)原料融化混合：当真空感应熔炉温度达到1200-1300℃，加入混合料，混合料完全融化后再加入一定量的脱氧剂和孕育剂，混合均匀后，得到混合液；
5)冷却成型：将混合液冷却成型后得到高强度铜基合金。
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