CN114480913B - 一种多元合金化铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多元合金化铜合金及其制备方法，按照质量百分比计，该种合金的化学成分为：Al为0.1‑0.2，Ti为0.1‑0.3，Pb为0.2‑0.4，As为0.06‑0.1，Fe含量为0.4‑1.0，Fe：Mn比为0.4‑1，Ni为28‑32，余量为Cu，以及不可避免的杂质元素＜0.1。本发明制备的多元合金化铜合金具有很高的耐腐蚀性能，尤其是耐海水腐蚀、耐泥沙冲刷腐蚀和耐生物附着能力。

Description

一种多元合金化铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种多元合金化铜合金及其制备方法。
背景技术
铜镍合金作为一种耐海水腐蚀性较好的合金，在船舶用发动机的冷凝管、海水输送管等领域发挥重要的作用。但是目前国产的铜镍合金面临服役时间短、易被腐蚀失效的问题。铜合金的耐腐蚀性的提高可以通过加工技术优化或者合金化来提高，由于使用环境的要求限制了加工技术的调整，比如采用涂层技术，但船舶用耐腐蚀铜合金多为管道结构，很难在其内壁上涂覆镀层，因此采用多元化合金方法提高其耐腐蚀性能，变的尤为重要。针对上述问题，本发明设计了一种新型的多元合金化铜合金，旨在提高合金的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种对于耐腐蚀性能较好的铜合金及其制备方法。
本发明采取的技术方案为：
一种多元合金化铜合金，按照质量百分比计，该种合金的化学成分为：Al为0.1-0.2，Ti为0.1-0.3，Pb为0.2-0.4，As为0.06-0.1，Fe含量为0.4-1.0，Fe：Mn比为0.4-1，Ni为28-32，余量为Cu，以及不可避免的杂质元素＜0.1。
本发明的重点在于Fe：Mn比的调控，以及(Fe：Mn)比与Al含量的匹配，即(Fe：Mn)：Al为0.4：0.1、0.6:0.15、0.8:0.15或1:0.2。
本发明的多元合金化铜合金的制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量百分比称量各合金元素原料，基体铜熔化后加入Fe中间合金和Mn中间合金，纯金属Ti，Ni，熔化后加入铅和铜砷中间合金，进行搅拌，并采用稻草灰作覆盖剂，全部熔化后降温50-100℃后加入Al，并充分熔炼，熔化后静置10-15分钟，调节温度至铸造温度后，除去覆盖剂浇铸。
步骤2：将铸锭切割后，在氮气保护下升温至1050℃，进行了10个小时的均匀化化退火。
步骤3：将均匀化退火后的合金进行70-90％的轧制变形。
步骤4：将轧制变形后的合金在氮气保护下温度升至850℃，保温1h后随炉冷却，进行退火处理。
本发明的合金设计理念如下：
Ni：铜镍合金中镍的含量增加，极化曲线阳极部分会出现一个钝化平台，并且钝化电流密度会随之减小，合金管的耐海水腐蚀能力增强。铜镍合金的硬度和抗拉强度随着合金中镍添加量的增高而升高。
Fe：Mn比，Fe和Mn均可以明显提高合金的力学性能和耐腐蚀性，但严格控制Fe：Mn比可以优化其作用效果，在保证提高合金耐腐蚀性的同时，降低成本和材料的力学性能。而Fe：Mn比与Al的配比控制可以充分发挥Al元素的提高合金耐腐蚀性的作用，而不至于过量的Al导致合金的硬度变大，降低合金的加工性能，合理的Fe、Mn与Al的配比能不降低合金的加工性能的同时，提高合金的耐腐蚀性能。
Ti和As的存在能填充原子迁移通道的作用，阻碍原子的渗出和氧、氯等腐蚀介质的渗入，从而提高耐腐蚀性能，而As和Pb元素的存在，一定程度上还会降低海中生物附着，从而提高合金的综合耐腐蚀性能。
本发明制备的多元合金化铜合金，合金的硬度可达到113～129Hv，合金的拉伸强度可达到430～452MPa，合金的延伸率可达42％～46％。在经过20天冲刷腐蚀后合金在质量分数为3.5％的NaCl溶液中自腐蚀电位为-0.33V～-0.23V，腐蚀电流密度为1.26*10-7～3.61*10-7A，具有很高的耐腐蚀性能，尤其是耐海水腐蚀、耐泥沙冲刷腐蚀和耐生物附着能力。
具体实施方式
本发明包括但不限于以下实例中各成分元素按比例搭配所熔炼而成的合金，还包括各成分在给定成分范围间的自由组合。
实施例1
铜合金具体成分配比(按质量百分数)：Ni为29.5，Fe为0.5，Mn为0.5，As为0.06，Pb为0.2，Al为0.2，Ti为0.15，余量为Cu。其中Fe、As和Mn以铜的中间合金形式添加；
制备方法包括以下步骤：
步骤1：基体铜熔化后加入Fe中间合金和Mn中间合金，纯金属Ti，Ni，熔化后加入铅和铜砷中间合金，进行搅拌，并采用稻草灰作覆盖剂，全部熔化后降温100℃后加入Al，并充分熔炼，熔化后静置15分钟，调节温度至铸造温度后，除去覆盖剂浇铸。
步骤2：将铸锭切割后，在氮气保护下升温至1050℃，升温过程速度控制为10℃/min，进行了10个小时的均匀化化退火；
步骤3：将均匀化退火后的合金进行80％的轧制变形；
步骤4：将轧制变形后的合金在氮气保护下温度升至850℃，升温过程速度控制为10℃/min，保温1h后随炉冷却，进行退火处理。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，按质量百分数Ni为31％，Fe为0.4％，Mn为1％，As为0.1％，Pb为0.2，Al为0.1，Ti为0.15，余量为Cu。轧制变形量为90％。其他步骤和参数同实施例1。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，Ni为29％，Fe为0.6％，Mn为1％，As为0.06％，Pb为0.3，Al为0.15，Ti为0.2，余量为Cu。其他步骤和参数同实施例1。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，Ni为31％，Fe为0.64％，Mn为0.8％，As为0.06％，Pb为0.25，Al为0.15，Ti为0.15，余量为Cu。其他步骤和参数同实施例1。
将实施例1、2、3、4获得的合金材料进行硬度、拉伸强度、延伸率、电化学腐蚀测试，其结果如表1所示。
表1各实施例所获得的合金各项性能
Figure BDA0003507639370000041
上述示例只用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，在此不再一一列举。

Claims (6)

1.一种多元合金化铜合金，其特征在于，按照质量百分比计，该种合金的化学成分为：Al为0.1-0.2%，Ti为0.1-0.3%，Pb为0.2-0.4%，As为0.06-0.1%，Fe含量为0.4-1.0%，Fe：Mn为0.4-1，Ni为28-32%，余量为Cu，以及不可避免的杂质元素＜0.1%。
2.根据权利要求1所述的多元合金化铜合金，其特征在于，其中，当Fe：Mn为0.4时，Al的含量为0.1%。
3.根据权利要求1所述的多元合金化铜合金，其特征在于，其中，当Fe：Mn为0.6时，Al的含量为0.15%。
4.根据权利要求1所述的多元合金化铜合金，其特征在于，其中，当Fe：Mn为0.8时，Al的含量为0.15%。
5.根据权利要求1所述的多元合金化铜合金，其特征在于，其中，当Fe：Mn为1时，Al 的含量为0.2%。
6.一种根据权利要求1-5任一所述的铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照质量百分比称量各合金元素原料，基体铜熔化后加入Fe中间合金和Mn中间合金，纯金属Ti，Ni，熔化后加入铅和铜砷中间合金，进行搅拌，并采用稻草灰作覆盖剂，全部熔化后降温50-100℃后加入Al，并充分熔炼，熔化后静置10-15分钟，调节温度至铸造温度后，除去覆盖剂浇铸；
步骤2：将铸锭切割后，在氮气保护下升温至1050- ℃ ，进行了10个小时的均匀化退火；
步骤3：将均匀化退火后的合金进行70-90%的轧制变形；
步骤4：将轧制变形后的合金在氮气保护下温度升至850- ℃ ，保温1 h后随炉冷却，进行退火处理。
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