CN1737175A - 一种防污及耐海水腐蚀用铜合金 - Google Patents

Abstract

一种防污及耐海水腐蚀用铜合金，其特征在于，它以铜为基体，含有以下重量百分数的合金元素成分：Cu：55－68，Zn：34－45，Sn：0.5－3。力学性能为：σ_b≥295MPa，δ_5(％)≥25，HB≥590。可铸成铸件，或浇铸成铸锭，轧制板材、线材。可广泛应用在舰船、海洋工程、海水冷却系统的某些结构零部件上。对防止海洋生物附着生长及耐海水腐蚀具有良好的效果。

Description

一种防污及耐海水腐蚀用铜合金

技术领域

本发明涉及一种防止海洋生物生长附着污损及耐海水腐蚀的铜合金金属材料

技术领域。

背景技术

海水中的海洋生物对金属材料表面的生长附着及海水对金属材料的腐蚀是人类对海洋探索、研究、利用过程中的极大障碍。海洋生物对舰船及海洋工程设施的污损，给人类开发海洋造成了很大的危害，尤其随着航运、海防、海洋开发和应用，海洋生物污损的危害也越来越严重，从而刺激了人类对这项研究工作的开展。十八世纪末期，钢壳船问世后，即面临着生物污损与腐蚀的双重挑战。两次世界大战，特别是第二次世界大战以来，污损生物因其对船只及水中武器和设施的危害而引起了人们的极大重视。此后海洋生物污损及防污的研究进展迅速，并且获得了成功。在这期间主要是对含有氧化亚铜、氧化汞、有机锡等有毒物质的防污涂料的研究和应用，而对金属本身防污性能的研究，则是近几十年的事情。

海洋生物污损所造成的损失难以精确计算，舰船和海中设施都会受到海洋腐蚀和生物污损的双重挑战。Horne(1969)在回顾和权衡这两种威胁时说：“自古以来，海洋生物的污损比起腐蚀来，是个更麻烦的问题，污损生物生命力之坚韧，将使污损问题成为人类征服海洋的一个难以逾越的障碍”。随着航运事业的发展和海洋开发的日益增加，海洋生物污损问题，更将为人们所重视。

海洋生物污损所造成的危害有：

(1)、降低舰船的航速：螺旋桨是一个将主机功率转化为舰船推力的转动部件。运转时，受高速水流冲刷和泥砂摩擦。当舰船停航时，海生物便在上面附着，使其表现粗糙度增加，造成螺旋桨推进效率降低，使舰船航速下降，燃料消耗增加。尤其在我国南海水域，舰船在码头停泊一周，螺旋桨表面就长满了藤壶、石灰虫等海生物，粗糙的表面使螺旋桨的功率大幅度降低。

(2)、对电声学仪器的影响：岸用及船用声纳、鱼群探测仪和海中的水听器等，都能受到生物污损。这种影响表现在两个方面：①声纳导流罩或换能器受生物污损后，由于生物吸收声能，因而影响声能的辐射并导致声信号失真；②污损生物会产生气泡，气泡会引起混响，从而导致水声学仪器分辨率下降，甚至无法正常工作。

(3)、堵塞管道：管道污损也是一个严重的问题，沿海或者海洋中凡是使用海水的管道，都可能受其危害。如沿海的发电厂、海上平台、船舶冷凝器、海上太阳能、核能发电厂、温差和潮汐发电站和深海热交换器等设施的管路，都可能因海生物附着而堵塞。

(4)、使海中仪表及转动机构失灵：在我国沿海附着的藤壶幼体，夏天时20～30天就可长到1厘米多。生长如此迅速的污损生物，一旦附着在间歇性运动的鱼雷发射管导槽，海上平台升降滑块等机械和仪器上，即会影响其活动性能。

在舰船、海洋工程、海水冷却系统的某些结构零部件上，如：舰船螺旋桨、潜艇鱼雷发射管导槽、声纳罩、水下导轨、海水管路等经常受到磨损、冲刷的部位，防污涂料会很快被磨掉。唯有构件本身采用具有防污、耐蚀性能的金属材料，才能满足这些部位的使用要求。

经近几十年的研究和对百余种金属材料的实海挂片试验发现，唯有铜及其合金具有最佳的防污性能和耐蚀性能；并因其有良好的机械性能，可做成各种形状的构件；所用原材料易得，价格适中，具有广泛的实用价值。其它金属，如：Hg、As、Zn、Cd、Ag等，虽然也具有一定的防污性能和耐蚀性能，因机械性能较低，不能满足一些结构件的使用要求，还没有进入实用阶段。

发明内容

本发明针对海洋生物污损和海水腐蚀给人类在海洋活动中所造成的危害，以及防止这一危害所应采取的方法，发明了防污及耐海水腐蚀用铜合金。对于防污铜合金结构件，除要求其具有足够的力学性能、较好的耐海水腐蚀性能以保证结构件有足够的使用寿命，同时还要求它在海水中按一定的速度释放出铜离子，以达到防止海生物附着的目的。

经过长期的防污性能试验研究发现，铜及其某些合金，之所以能够防污，主要是在海水中发生电化学腐蚀，其腐蚀过程中为：

这个反应要求是均匀而缓慢的。Ketchum等认为，在1厘米²面积上，24小时只要有10微克铜离子毒料析出就可以防止大多数海洋生物的附着。经采用电子探针对已经死亡的海生物幼虫孢子分析发现，这种铜离子能使生物细胞中的蛋白质变性凝固和沉淀，使生命停止。铜离子还能使生物赖以生存的酶失去作用，在低浓度下，使生物的组织和细胞发生变性。其它重金属离子如：Hg、Pb、Zn、Sn、Cd等也能使生物的组织发生变化而死亡，并使生物酶失去活性，从而阻止生命的生存过程。

合金元素对铜合金的防污能力影响较大，根据不同合金元素对铜合金防污性能的影响，可以配制出性能各异的防污铜合金。

①Fe是铜合金有效晶粒细化剂，但Fe能显著降低铜合金的防污性能。

②Al能有效提高铜合金的强度和耐蚀性，当含Al量大于6％时，也显著降低其防污性能。

③Zn对铜合金的防污性能略有降低，但在其中加入一定量的Sn或Pb即可显著改善其防污性能。

④P N Pb Sn Be Ni Mn Cd等元素对其防污性能影响不大，但确显著的改善了铜合金的耐蚀性能。

根据以上防污机理，配制了不同用途的防污铜合金，并在舰船及海洋工程中得到了应用，获得了良好的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防污及耐海水腐蚀用铜合金，其特征在于，它以铜为基体，含有以下重量百分数的合金元素成分：Cu：55-68、Zn：34-45、Sn：0.5-3。在弱氧化气氛中冶炼，用玻璃加稻草灰作覆盖剂，Cu熔化后加入Zn搅拌，当温度升达浇铸温度后加入Sn，充分搅拌，保持浇铸温度，除去覆盖剂后浇铸。

本发明所述的防污及耐海水腐蚀用铜合金与已有技术相比具有以下积极效果：①海洋生物不能在其表面生长附着；②在海水中年腐蚀率小于0.1毫米；③具有良好的导电性；④它的力学性能为：σ_b≥295MPa，δ_5(％)≥25，HB≥590，具有较好的延展性，可制成各种板材、线材供不同的需求条件使用。

具体实施方式

按Cu：62、Zn：37、Sn：1的重量百分比备料，在熔炉坩埚内先加入Cu，用玻璃加稻草灰作覆盖剂，Cu熔化后加入Zn搅拌，当温度升达浇铸温度后加入Sn，充分搅拌，保持浇铸温度，除去覆盖剂浇铸成铸件。或浇铸成铸锭，轧制板材、线材。测定其力学性能，在Cu：55-68、Zn：34-45、Sn：0.5-3的范围内调整配合比例，使其达到力学性能参数为：σ_b≥295MPa，δ_5(％)≥25，HB≥590。

在冶炼过程中，应避免和防止Fe和Al的混入。

Claims (3)

1、一种防污及耐海水腐蚀用铜合金，其特征在于，它以铜为基体，含有以下重量百分数的合金元素成分：Cu：55--68，Zn：34--45，Sn：0.5--3。

2、根据权利要求1所述的一种防污及耐海水腐蚀用铜合金，其特征在于含有以下重量百分数的合金元素成分：Cu：58--64，Zn：37--41，Sn：0.5--1.5。

3、根据权利要求1所述的一种防污及耐海水腐蚀用铜合金，其特征在于在弱氧化气氛中冶炼，用玻璃加稻草灰作覆盖剂，Cu熔化后加入Zn搅拌，当温度升达浇铸温度后加入Sn，充分搅拌，保持浇铸温度，除去覆盖剂浇铸。