一种钛青铜合金材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钛青铜合金材料，其包括如下质量百分比的组分：钛5~7%、铝0.8~1.5%、银0.1~0.3%、铁0.2~0.4%、稀土0.03~0.08%以及余量的铜。本发明专利技术还涉及上述钛青铜合金材料的制备方法及其应用。本发明专利技术的钛青铜合金材料制造的工器件，没有气孔、砂眼、裂痕、金相组织均匀、金相颗粒在65微米以下，具有高强度、高扭矩、高塑性、无磁性、无火花，可制备特殊场合使用的工具及零配件，撞击性接触头等，还可以制作无磁手动工具、无火花手动工具以及自动化碰撞工具，适用于能源、化工、石油、天然气、航海、航天、制药、采矿等现代化工业。

A titanium bronze alloy material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种钛青铜合金材料及其制备方法和应用
本专利技术属于防爆合金材料领域，具体涉及一种钛青铜合金材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在生产、贮存、运输易燃易爆物质的场所应该使用防爆工具，以避免工具在撞击、摩擦等情况下产生火花，从而引起周围介质的燃烧或爆炸，制作防爆工具的材料应具备防爆性能（符合GB/T10686-2013标准），同时还应具备工具所应有的机械性能。目前，国内外最常用制作防爆工具的材料是铍青铜合金，其抗拉强度σb≥1117~1326N/mm2，硬度HV300~390，硬态延伸率δ10≥2%，无磁性，防爆性能达ExIIC级，在实验室通过浓度21%氢气（H2）环境试验。但是，含铍（Be）元素矿石储存量极少，且价格昂贵，这就造成用铍青铜制造防爆工具成本很高。另一种制作防爆工具的材料是铝青铜合金，其抗拉强度σb≥782~989N/mm2，硬度HV240~300，硬态延伸率δ10≥5%，低磁，该材料制造的防爆工具属于ExIIB级，在实验室通过浓度7.8%的乙稀（C2H4）环境试验，在强磁和易燃易爆环境中不能代替铍青铜产品使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防爆性能可靠且绿色环保的钛青铜合金材料及其制备方法和应用。本专利技术采用如下技术方案：一种钛青铜合金材料，其包括如下质量百分比的组分：钛5~7%、铝0.8~1.5%、银0.1~0.3%、铁0.2~0.4%、稀土0.03~0.08%以及余量的铜。其中，所述稀土为轻稀土，优选为轻稀土镧La。<br>一种上述钛青铜合金材料的制备方法，其通过如下方法制备：（1）将含铜量99.9%的电解铜板和海绵钛，浸入C2H2O4中，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时；（2）经三道逆流漂洗后，进入烘干炉在200~300℃烘干；（3）将铜、钛按比例放入中频感应电炉冶炼，炉温提升至900~1000℃时，按比例将银、铝、铁、稀土放入电炉共熔，达到1300~1350℃，合金液体完全熔融，形成钛青铜合金液体；（4）放入除渣剂二氧化硅进行提渣；（5）完成提渣后，开始浇铸成2~3kg的球状合金锭；（6）出炉后的球状合金锭在常温下存放45-60天，得到初级合金锭。进一步的，其还包括如下步骤：（7）将初级合金锭浸入C2H2O4中，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时；（8）经三道逆流漂洗后，进入烘干炉在200~300℃烘干；（9）放入真空中频冶炼炉，炉温提升至1400℃时，恒温10分钟，待合金液体温度降至1250~1300℃，浇铸到型腔内，30~45分钟取出，得到钛青铜合金材料坯件。制备方法中，所述步骤（1）中的电解铜板为100mm×100mm的方板。制备方法中，所述步骤（2）和步骤（8）中采用清水进行逆流漂洗。一种上述制备方法制得的钛青铜合金材料坯件在制造防爆工具中的应用。应用一，钛青铜合金材料坯件浸入C2H2O4中清洗，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时，经三道逆流漂洗后，进入烘干炉提温200~300℃烘干，然后放入透热炉，加热到850℃，恒温控制0.5~1小时，随炉降至680℃时，采取热变形锻压，制作船运配件、手拉葫芦吊钩、敲击类工具、撬棍工具。应用二，钛青铜合金材料坯件机加工制成适用的工具件模型，然后放入透热炉，加热到830℃，恒温0.5~1小时，随炉降至630℃时，做锻压变形加工，通过整形加工制作、固熔时效处理、机械臂抛光、280~320目玻璃丸喷砂，得到钳子类、活扳手类、呆扳手类或双头梅花类工具。应用三，将钛青铜合金材料坯件机加工制成适用的工具件模型，然后放入透热炉，加热到800℃，恒温0.5~1小时，随炉降至600℃，做变形加工，锻压成厚度5~10mm的板材，每块条板保持宽度60-200mm以内，通过压延变形加工制备刀具、剪具或切断具。应用四，青铜合金材料坯件机加工制成适用的工具件模型，然后放入透热炉，加热到780℃恒温0.5~1小时，随炉降至580℃，做变形压延加工，压延形成厚度0.5~2.5mm的板材，一般宽度在200~400mm之间，再通过模压变形处理，制成锨、铲、刀、刃具。应用五，青铜合金材料坯件浸入C2H2O4中清洗，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时，经三道逆流漂洗后，进入烘干炉提温200~300℃烘干，放入密闭式真空中频电炉，加温到900℃开始融化，提温到1350~1400℃，恒温控制10分钟，待钛青铜液体自动下降至1200~1250℃时，通过拉力槽注入拉伸机模具内，缓慢拉动8~15分钟，得到拉伸棒料，用于制造撬棍、扁铲、錾子、听针、钎子、冲子、螺丝刀。应用六，铜合金材料坯件浸入C2H2O4中清洗，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时，经三道逆流漂洗后，进入烘干炉提温200~300℃烘干，放入密闭式真空中频电炉，加温到900℃开始融化，提温到1300~1350℃，恒温控制10分钟，待钛青铜液体自动下降至1200~1250℃时，利用自动液压模锻一次成型技术，得到锤类、镐类或斧类工具。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的钛青铜合金（简称钛铜，titaniumcopper）是一种中间合金，经熔融法制备，含有89~93%铜（Cu），其余为钛（Ti）、铝（Al）、银（Ag）、铁（Fe）、稀土，钛铜合金是一种性能高度可靠且绿色环保的合金材料，特别是在合金制造过程的最后阶段，通过变型加工和适当温度固熔时效处理，使材料更有韧性和强度，同时保持了原有铜的导电率及延伸率。其所制造的工器件，没有气孔、砂眼、裂痕、金相组织均匀、金相颗粒在65微米以下，扭矩、抗拉强度、硬度、延伸率、导热比原中频电炉一次砂型浇铸成型工艺提升3~10%。本专利技术的材料不降低纯铜传导性能及导电率，初熔采用中频感应电炉冶炼方式，形成2~3kg球体合金，自然存放45~60天；重熔采用真空中频电炉进行精炼，通过机械臂热模变形浇铸加工，再通过固熔时效处理形成理想的工器件。所得工器件具有高强度、高扭矩、高塑性、无磁性、无火花，可制备特殊场合使用的泵阀、弹簧、连接器，航天、航空、航海防腐工具及零配件，撞击性接触头等，还可以制作无磁手动工具，无火花手动工具，以及自动化碰撞工具，适用于能源、化工、石油、天然气、航海、航天、制药、采矿等现代化工业发展中，是一种有极具利用价值的新型合金材料，市场前景广阔。具体实施方式下面结合本专利技术的几个具体实施案例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本专利技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。实施例1组分质量百分比为：钛5%、铝0.8%、银0.1%、铁0.2%、稀土0.03%以及铜93.87%。（1）将含铜量99.9%的电解铜板（100mm×100mm）和海绵钛，浸入C2H2O4中，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时，消除原材料表面污垢和杂质；（2）经三道逆流漂洗（漂洗液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛青铜合金材料，其特征在于，其包括如下质量百分比的组分：钛5~7%、铝0.8~1.5%、银0.1~0.3%、铁0.2~0.4%、稀土0.03~0.08%以及余量的铜。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛青铜合金材料，其特征在于，其包括如下质量百分比的组分：钛5~7%、铝0.8~1.5%、银0.1~0.3%、铁0.2~0.4%、稀土0.03~0.08%以及余量的铜。


2.一种权利要求1所述的钛青铜合金材料的制备方法，其特征在于，其通过如下方法制备：
（1）将含铜量99.9%的电解铜板和海绵钛，浸入C2H2O4中，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时；
（2）经三道逆流漂洗后，进入烘干炉在200~300℃烘干；
（3）将铜、钛按比例放入中频感应电炉冶炼，炉温提升至900~1000℃时，按比例将银、铝、铁、稀土放入电炉共熔，达到1300~1350℃，合金液体完全熔融，形成钛青铜合金液体；
（4）放入除渣剂二氧化硅进行提渣；
（5）完成提渣后，开始浇铸成2~3kg的球状合金锭；
（6）出炉后的球状合金锭在常温下存放45-60天，得到初级合金锭。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其还包括如下步骤：
（7）将初级合金锭浸入C2H2O4中，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时；
（8）经三道逆流漂洗后，进入烘干炉在200~300℃烘干；
（9）放入真空中频冶炼炉，炉温提升至1400℃时，恒温10分钟，待合金液体温度降至1250~1300，浇铸到型腔内，30~45分钟取出，得到钛青铜合金材料坯件。


4.一种如权利要求1~3任一项得到的钛青铜合金材料在制造防爆工具中的应用。


5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，钛青铜合金材料坯件浸入C2H2O4中清洗，温度提升至50~60℃，清洗1~2小时，经三道逆流漂洗后，进入烘干炉提温200~300℃烘干，然后放入透热炉，加热到850℃，恒温控制0.5~1小时，随炉降至680℃时，采取热变形锻压，制作船运配件、手拉葫芦吊钩、敲击类工具、撬棍工具。


6.根据权利要求4所述的应用，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆来，韩亮，尹占品，段红珍，韩占起，张金萍，
申请(专利权)人：河北中泊防爆工具集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13