一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金及其制备方法。该铜合金由以下重量百分含量的组分组成：Ni 6‑12％，Al 1‑7％，Fe 0.5‑2.5％，Mn 0.5‑2.5％，余量为铜及不可避免的杂质。本发明专利技术提供的海洋工程用高强高耐蚀铜合金，通过微合金化手段，在铜基体中添加Ni、Al、Fe、Mn多种合金元素，其中Ni能够改善铜合金的耐蚀性能和屈服强度，Al能够与Ni产生Ni3Al强化相提高合金的力学性能，Fe和Mn提高合金的强度和抗冲刷腐蚀能力，在上述多种元素的协同作用下，不仅提高了铜合金的强度，同时大幅提高了合金的耐海水腐蚀性能。该铜合金简化了合金元素组成，减少了镍的使用量，降低了生产成本。

A high strength, high corrosion resistance copper alloy for marine engineering and its preparation method

The present invention relates to a high strength, high corrosion resistance copper alloy for marine engineering and a preparation method. The copper alloy by the weight percent of components: Ni 6 12%, Al 1 7%, Fe 0.5 2.5%, Mn 0.5 2.5%, amount of copper and unavoidable impurities. High strength and high corrosion resistance of copper alloy for ocean engineering provided by the invention, by means of micro alloying, adding Ni, Al, Fe, Mn and all kinds of alloy elements in the copper matrix, which can improve the Ni copper alloy corrosion resistance and yield strength, Al can produce Ni3Al enhanced the mechanical properties of the alloy are improved with Fe and Ni. Mn increases the strength of the alloy and anti erosion ability in the synergistic action of various elements, not only improves the strength of the alloy, which can greatly improve the alloy corrosion resistance in seawater. The copper alloy simplifies the composition of the alloy elements, reduces the use of nickel and reduces the cost of production.

【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金及其制备方法
本专利技术属于铜合金领域，具体涉及一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金及其制备方法。
技术介绍
耐蚀铜合金因具有高的换热系数、优良的抗海洋生物附着能力和耐海水腐蚀性能，广泛应于海洋工程中的海水淡化装置、舰船汽轮机用冷凝气管、石油精炼设备及滨海电站及原子能电站的热交换器用管等领域。目前已开发的耐蚀铜合金主要有以下几大类型：(1)素有“海军黄铜”之称的铝黄铜、锡黄铜，如HSn70-1、HSn60-1等；(2)锡青铜，如QSn4-4-4、QSn-5-5、QSn6-6-3等；(3)Cu-Ni系白铜合金，如B10(Cu-10Ni-1Fe-1Mn)、B30(Cu-30Ni-1Fe-lMn)。然而，在高温、高湿、高盐、高流速等复杂苛刻海洋环境服役条件下，传统耐蚀铜合金的力学性能和耐蚀性能越来越难以满足上述要求。申请公布号为CN102352452A的专利公开了一种耐腐蚀铜合金材料，其是以铜锌黄铜合金为基体，通过添加锌、铝、镍、硅、硼、锰、稀土等元素，来达到提高合金的力学性能和耐蚀性能的目的。现有的耐蚀铜合金，合金元素组成复杂，且含有稀土元素，导致合金生产成本高。因此，开发一种苛刻服役条件下高强高耐蚀、低成本的新型耐蚀铜合金对于我国海洋工程具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金，从而解决现有铜合金的合金元素复杂、生产成本高的问题。本专利技术的第二个目的在于提供上述海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni6-12％，Al1-7％，Fe0.5-2.5％，Mn0.5-2.5％，余量为铜及不可避免的杂质。本专利技术提供的海洋工程用高强高耐蚀铜合金，通过微合金化手段，在铜基体中添加镍(Ni)、铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)等多种合金元素，其中Ni能够改善铜合金的耐蚀性能和屈服强度，Al能够与Ni产生Ni3Al强化相提高合金的力学性能，Fe和Mn提高合金的强度和抗冲刷腐蚀能力，在上述多种元素的协同作用下，不仅提高了铜合金的强度，同时大幅提高了合金的耐海水腐蚀性能。该铜合金简化了合金元素组成，减少了镍的使用量，降低了生产成本。优选的，上述海洋工程用高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni10％，Al3％，Fe1.5％，Mn1.5％，余量为铜及不可避免的杂质。杂质成分C、S、P、Zn的总含量≤0.15％。在上述优选组成下，合金的生产成本低，力学性能和耐蚀性能达到最佳。上述海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：将金属铜、金属镍、铜铁中间合金、铜锰中间合金、金属铝在1150～1250℃熔炼，浇注，再经退火和塑性变形，即得。所述熔炼在微氧化气氛下进行。所述微氧化气氛是在原料加热熔化过程中使用木炭覆盖熔融液面，熔炼期间采用脱氧剂进行脱氧。优选的，所述脱氧剂为镁，脱氧剂的用量为熔液总重量的0.5％～1％。熔炼过程中采用石墨搅拌棒搅拌，用扒渣棒扒渣。整个熔炼过程在微氧化气氛下进行，可使熔体中氧与木炭和镁脱氧剂始终充分反应，有效降低熔体中的气体含量，提高合金铸坯的成型质量，进而改善后续耐海水腐蚀性能。所述熔炼的时间为30～50min。在该熔炼时间下，即可保证合金具有较好的力学性能和耐蚀性能。金属铜可采用纯铜板，金属镍可采用纯镍板，金属铝可采用纯铝锭。优选的，熔炼时，先加入铜板加热熔化，待铜板熔化后加入镍板熔化，然后再加入铜铁中间合金和铜锰中间合金熔化，最后加入铝锭熔化。采用上述加料熔化过程，可以使得先升高温度熔化高熔点合金(铜板、镍板、铜铁中间合金和铜锰中间合金)，最后加入熔点较低的铝锭，可以有效减少高温熔炼环境下元素的烧损，保证最终实际成分的稳定性。浇注时的温度为1200～1300℃。所述退火是在600～900℃下保温4～10h。经上述均匀化退火处理，可促使铸锭内部成分更加均匀。均匀化退火后的合金可进一步进行圆周和底部端面的机加工，圆周机加工量为单边2～5mm，端面机加工量为2～4mm；随后，将机加工后的合金放到锯床上锯切去掉铸锭顶部冒口，锯掉的长度为铸锭总高度的1/5～1/3。所述塑性变形的温度为850℃～950℃，保温时间为0.5～1.5h，变形量为85％～95％。塑性变形可采用立式挤压机、卧式挤压机或者自由锻压机。通过塑性变形工序可进一步提高铸锭性能、改善内部组织。所述铜板为1#电解铜板，Cu含量≥99.95wt.％；所述镍板为1#电解镍板，Ni含量≥99.96wt.％；所述铝锭中Al≥99.0wt.％。所述铜铁中间合金为Cu-10Fe中间合金，所述铜锰中间合金为Cu-22Mn中间合金。本专利技术的海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，通过熔铸、均匀化退火、塑性变形工序制备铜合金，制备工艺简单，合金成分均匀，铸态缺陷少；所得铜合金力学性能优异，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥20％；耐蚀性能优良，腐蚀速率≤0.01mm/a，该铜合金满足了苛刻服役条件下海洋工程关键部件的使用要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式作进一步说明。以下实施例中，1#电解铜板中Cu含量≥99.95wt.％；1#电解镍板中Ni含量≥99.96wt.％；铝锭中Al含量≥99.0wt.％；Cu-10Fe中间合金、Cu-22Mn中间合金均为市售商品。实施例1本实施例的海洋工程用高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni10％，Al3％，Fe1.5％，Mn1.5％，杂质成分C、S、P、Zn的总含量≤0.15％，余量为Cu。本实施例的海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，具体步骤为：1)取1#电解铜板、1#电解镍板、铝锭、Cu-10Fe中间合金和Cu-22Mn中间合金，经裁剪、烘干和表面除油处理，待用；2)按配比先向熔炼炉中加入1#电解铜板，加热使1#电解铜板熔化，待1#电解铜板完全熔化后加入1#电解镍板，然后再加入Cu-10Fe中间合金和Cu-22Mn中间合金，最后加入铝锭；在加热熔化过程中保证熔融液面被木炭完全覆盖，通过木炭覆盖层隔绝绝大部分空气来实现熔化过程在微氧化气氛下进行；熔炼温度为1200℃，持续时间为40min，期间采用纯镁脱氧剂(镁含量99.85～99.95wt.％)进行脱氧，脱氧剂的用量为熔液总重量的0.5％，熔炼过程中采用石墨搅拌棒搅拌，用扒渣棒扒渣；3)待熔液表面拨开熔液呈镜面状后静置2分钟，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1250℃，之后冷却，取出，得到铜合金铸锭；4)将铜合金铸锭在600℃下保温10h，之后空冷，得到均匀化退火铸锭；将均匀化退火铸锭在普通车床或数控车床上进行圆周和底部端面的机加工，圆周机加工量为单边2mm，端面机加工量为2mm；随后，将机加工后的铸锭放到锯床上锯切去掉铸锭顶部冒口，锯掉的长度为铸锭总高度的1/5，得到机加工铸锭；5)将机加工铸锭通过立式挤压机进行塑性变形，塑性变形温度控制在850℃，保温时间为1.5h，变形量控制在85％。实施例2本实施例的海洋工程用高强高耐蚀铜合金，由以下重量百分含量的组分组成：Ni10％，Al1％，Fe1.5％，Mn1.5％，杂质成分C、S、P、Zn的总含量≤0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成：Ni 6‑12％，Al 1‑7％，Fe 0.5‑2.5％，Mn 0.5‑2.5％，余量为铜及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程用高强高耐蚀铜合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成：Ni6-12％，Al1-7％，Fe0.5-2.5％，Mn0.5-2.5％，余量为铜及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的海洋工程用高强高耐蚀铜合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成：Ni10％，Al3％，Fe1.5％，Mn1.5％，余量为铜及不可避免的杂质。3.一种如权利要求1所述的海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属铜、金属镍、铜铁中间合金、铜锰中间合金、金属铝在1150～1250℃熔炼，浇注，再经退火和塑性变形，即得。4.如权利要求3所述的海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼在微氧化气氛下进行。5.如权利要求4所述的海洋工程用高强高耐蚀铜合金的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延军，宋克兴，杨冉，宋正成，国秀花，杨少丹，张彦敏，赵思敏，郜建新，张学宾，王旭，赵培峰，刘亚民，郭保江，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41