CN111850344A - 一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制作方法，该螺旋桨叶片的配方及各自的重量百分比为成分按重量百分比为：锰15%、铝10%、铁5%、镍3%、硼0.05%，其他元素0.05～0.20%，余量为铜和不可避免的杂质；所述其他元素包括锶、锆、钪、钛中的一种或几种。其制作方法包括螺旋桨叶片的制备、镀钛防腐、加设外接电极等步骤通过外接电源接通外接的石墨烯电极形成一个连通的电流通路，在螺旋桨工作时，将海水作为连通介质，通过电流分解成含氯物质，提升螺旋桨的耐腐蚀性及使用寿命。本发明螺旋桨构造简单，仅加设镀锌层和外接电极和电源，但其耐腐蚀性能效果显著，具有良好的实用性。

Description

一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制作方法。
背景技术
长期以来船用螺旋桨材料多选用铜合金，其中镍铝青铜又是首选材料。但由于铜合金材料强度的大幅度提高受到限制，随着船舶的大型化和单轴功率的增大，迫切需要开发强度更高的螺旋桨材料。
高锰铝青铜是一种能耐高温且能承受高压缩载荷以及冲击力作用的高耐磨铜合金材料。与普通铝青铜相比，它具有更优良的耐磨性能，因而被广泛用于涡轮、齿轮、轴瓦、轴衬和紧固螺帽等耐磨零件的制造；另外它具有更高的机械强度，且在大气、淡水、海水中均具有更为良好的耐蚀性，更高的腐蚀疲劳强度，且铸造性能及可焊性能好，因而世界各国广泛将此类铜合金用做船舶螺旋桨的主体材料，也常用来做海水管路系统、海上石油平台等的设备部件。
但是，随着工业发展，对高锰铝青铜材料的耐腐蚀性，耐磨性等性能提出了更高的要求，传统的高锰铝青铜已难以满足设备的使用条件。例如船舶越来越大型化和高速化，且艉轴不均匀流场也更加严重，加上水域污染日甚，所以螺旋桨材料在海水中受到海水的电化学腐蚀、空泡腐蚀、冲刷腐蚀、脱成分腐蚀等情况也更为严重。再如蜗轮蜗杆及齿轮传动系统的工作速度越来越快，承受载荷也越来越大，这就对其材料的摩擦磨损性能提出了更高的要求。因此，亟需进一步提高高锰铝青铜材料的耐磨性、耐腐蚀性等性能，以满足船舶的发展需求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制作方法，优化现有的高锰铝青铜合金配方更改制备工艺，提升合金的耐磨耐腐蚀性能；并在螺旋桨成型后加设石墨烯电极使其在海水中的耐腐蚀性能进一步提高。具体技术方案如下：
一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，该螺旋浆叶片的配方及各自的重量百分比为成分按重量百分比为：锰15%、铝10%、铁5%、镍3%、硼0.05%，其他元素0.05～0.20%，余量为铜和不可避免的杂质；所述其他元素包括锶、锆、钪、钛中的一种或几种。
前述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，所述锶、锆、钪、钛的重量百分比均为0.05%。
前述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，所述螺旋浆叶片的表面涂有防腐涂料，所述螺旋浆叶片的根部设有外接电极和外接电源。
前述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，所述防腐涂料为镀钛层；所述外接电极为石墨烯电极，所述外接电源为直流电源。
前述的的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，所述镀钛层的厚度为10～12μm；所述石墨烯电极绝缘设置，其一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
前述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其制作方法包括步骤如下：
1）制备螺旋浆叶片：根据上述配方及组分的重量比例将各原料按次序进行熔炼、精炼、扒渣后进行浇筑成型；
2）镀钛防腐：将步骤1）中制备的螺旋浆叶片冷却后进入镀钛工艺，在其表面进行电镀一层镀钛层；
3）加设外接电极：在经步骤2）镀钛后的螺旋浆叶片组装成螺旋浆，并在的螺旋浆叶片的根部加设墨烯电极，该石墨烯电极绝缘设置，其通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
作为优选的技术方案的，步骤1）中，所述各原料按次序进行熔炼，该次序为：先将铜、铁、镍、硼进行熔炼；完全熔化后再加入锶、锆、钪、钛中的一种或几种；升温到1200℃，再加入铝、锰。
作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述镀钛层的厚度为10～12μm。
作为优选的技术方案的，步骤3）中，所述石墨烯电极的一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
作为优选的技术方案的，步骤3）中，所述直流电源的电流控制为10～50mA/cm2。
本发明的有益效果是：
本发明对高锰铝青铜合金螺旋桨的叶片的材料配方进一步优化，并优化其加工工艺，先将铜、铁、镍、硼进行熔炼，使硼元素充分分散成在Fe晶格中，提高硼的活性，提升螺旋桨的叶片的耐磨性同时提高其导电率。并且在螺旋桨的叶片成型后还进行镀钛工艺，进一步将叶片打造成一个合适的电极，在通过外接电源接通外接的石墨烯电极形成一个连通的电流通路，在螺旋桨工作时，将海水作为连通介质，通过电流分解成含氯物质，提升螺旋桨的耐腐蚀性及使用寿命。本发明螺旋桨构造简单，仅加设镀钛层和外接电极和电源，但其耐腐蚀性能效果显著，具有良好的实用性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例是一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨及其制备方法，该螺旋浆叶片的配方及各自的重量百分比为成分按重量百分比为：锰15%、铝10%、铁5%、镍3%、硼0.05%，其他元素0.05～0.20%，余量为铜和不可避免的杂质；所述其他元素包括锶、锆、钪、钛中的一种或几种，其重量百分比均为0.05%。本实施例中，所述螺旋浆叶片的表面涂有防腐涂料，所述螺旋浆叶片的根部设有外接电极和外接电源；所述防腐涂料为镀钛层，厚度为10～12μm；所述外接电极为石墨烯电极，其一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接，所述外接电源为直流电源。
本实施例所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨的制作方法包括步骤如下：
1）制备螺旋浆叶片：根据上述配方及组分的重量比例称取各原料，先将铜、铁、镍、硼进行熔炼，使硼元素充分分散成在Fe晶格中，提高硼的活性，提升螺旋桨的叶片的耐磨性同时提高其导电率。完全熔化后再加入锶、锆、钪、钛中的一种或几种；升温到1200℃，再加入铝和锰进行熔炼、经过精炼、扒渣后进行浇筑成型，获得螺旋浆叶片。
2）镀钛防腐：将制备好的螺旋浆叶片冷却后送入镀钛该工序，在其表面进行电镀一层镀钛层，镀钛层的厚度越为10～12μm，其不仅可以增强螺旋浆叶片的防腐蚀性能，还能提高螺旋浆叶片的电学性能，将叶片打造成一个合适的电极，利于与外接电源和电极的连接。
3）加设外接电极：将经镀钛后的螺旋浆叶片组装成螺旋浆，并在的螺旋浆叶片的根部加设墨烯电极，该石墨烯电极绝缘设置，其一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接，直流电源的电流控制为10～50mA/cm2。外接电源接通外接的石墨烯电极和镀钛螺旋桨叶片，加上流动的海水、形成一个连通的电流通路，在螺旋桨工作时，将海水作为连通介质，通过电流分解成含氯物质，提升螺旋桨的耐腐蚀性及使用寿命
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其特征在于：该螺旋浆叶片的配方及各自的重量百分比为成分按重量百分比为：锰15%、铝10%、铁5%、镍3%、硼0.05%，其他元素0.05～0.20%，余量为铜和不可避免的杂质；所述其他元素包括锶、锆、钪、钛中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其特征在于：所述锶、锆、钪、钛的重量百分比均为0.05%。
3.根据权利要求1所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其特征在于：所述螺旋浆叶片的表面涂有防腐涂料，所述螺旋浆叶片的根部设有外接电极和外接电源。
4.根据权利要求3所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其特征在于：所述防腐涂料为镀钛层；所述外接电极为石墨烯电极，所述外接电源为直流电源。
5.根据权利要求4所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨，其特征在于：所述镀钛层的厚度为10～12μm；所述石墨烯电极绝缘设置，其一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
6.一种高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨制作方法，其特征在于：包括步骤如下：
1）制备螺旋浆叶片：根据上述配方及组分的重量比例将各原料按次序进行熔炼、精炼、扒渣后进行浇筑成型；
2）镀钛防腐：将步骤1）中制备的螺旋浆叶片冷却后进入镀钛工序，在其表面进行电镀一层镀钛层；
3）加设外接电极：将经步骤2）镀钛后的螺旋浆叶片组装成螺旋浆，并在的螺旋浆叶片的根部加设墨烯电极，该石墨烯电极绝缘设置，其通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
7.根据权利要求6所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨制作方法，其特征在于：步骤1）中，所述各原料按次序进行熔炼，该次序为：先将铜、铁、镍、硼进行熔炼；完全熔化后再加入锶、锆、钪、钛中的一种或几种；升温到1200℃，再加入铝、锰。
8.根据权利要求6所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨制作方法，其特征在于：步骤2）中，所述镀钛层的厚度为10～12μm。
9.根据权利要求6所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨制作方法，其特征在于：步骤3）中，所述石墨烯电极的一端通过直流电源与螺旋浆叶片电连接。
10.根据权利要求6所述的高耐磨耐腐蚀的高锰铝青铜合金螺旋桨制作方法，其特征在于：步骤3）中，所述直流电源的电流控制为10～50mA/cm2。
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