一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法，首先对纯铜进行均匀化处理，使材料的组织均匀化；随后，对材料进行压缩变形处理，变形量为5%~15%，从而将应力引入材料内部，随后通过退火处理实现对材料内部晶界特征分布的调控。本发明专利技术在不添加任何合金元素的基础上，采用以上步骤的形变热处理方法，实现对纯铜晶界特征分布的优化，从而达到提高其耐腐蚀性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法
本专利技术属于工业纯铜性能增强的技术，特别是一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法。
技术介绍
工业纯铜及铜合金不仅具有良好的导热，导电，接合性和可加工性等综合物理性能，而且价格并不昂贵。因此铜及其合金在电子电器，交通运输，电力，仪表及传统机械制造领域中的应用十分广泛。但是随着行业的发展和新型机械的出现，需要铜及铜合金在一些特殊的环境下具有良好的性能。目前，铜及铜合金如果暴露在含氧水，氧化性酸或一些含有氯离子，铵根离子及高温高盐的海洋大气环境下，其表面容易生成铜绿，形成明显的腐蚀，会大幅度影响其导电性，强度和硬度等性能，尤其当使用环境中存在应力时，容易导致材料失效，造成极为严重的后果。传统的提高铜及铜合金的耐腐蚀性的方法一般有表面钝化处理与制备表面涂层，其机理都是将金属表面与易造成材料失效的物质隔离开以达到耐蚀的效果。但是这些措施都有一定的局限性，比如由于铜较难形成稳定致密的氧化物，需要利用特殊的钝化剂，并且钝化后产生的废液会对环境造成污染；处理过后引入新的杂质元素对导电率等性能的影响等。因此，我们亟需开发出新的提高铜及铜合金的耐腐蚀性能的方法。而晶界工程可以通过形变热处理，改变材料内部的晶界性能，形态与比例，通过对晶界性能的改善提高材料的耐腐蚀性能。这种方法相较于传统的方法而言，工艺更加简单经济，加工过程无废液产生，也不会引入其他杂质元素。目前，国内尚无利用形变热处理的方式，提高工业纯铜的耐腐蚀性能。文献(孔令平，青岛科技大学学报(自然科学版)，2010,3)利用植酸和钼酸钠作为缓蚀剂，在铜表面制备致密有序的单分子自组装膜，提高了铜的耐腐蚀性。但是其工艺较复杂，钼酸盐成本较高，同时缓蚀剂中的钼元素对动植物有一定的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法，从而在低成本条件下实现对工业纯铜耐腐蚀性能的提高。实现本专利技术目的的技术方案是：一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法，首先对纯铜进行均匀化处理，使材料的内部组织均匀无应力；随后，对材料进行压缩变形，从而将应力引入材料内部；最后通过退火处理实现材料内部晶界特征分布调控。具体包括以下步骤：(1)首先对工业纯铜进行均匀化处理，均匀化处理的退火温度为700-750℃保温时间为15min；(2)将均匀化处理后的工业纯铜棒材迅速置于液态冷却介质中快速冷却，以得到淬火后的组织；(3)将完成上述处理的棒材进行压缩处理；(4)重复步骤(3)操作，进行多次单向压缩，直至达到最终变形量为5％-15％；(5)将经步骤(4)处理的棒材置于热处理炉中，于400-600℃下对棒材退火处理15min；(6)将退火处理后的棒材置于液态冷却介质中快速冷却，从而得到具有良好的耐腐蚀性能的工业纯铜。进一步的，步骤(2)中，液态冷却介质为冰水混合物，以获得更快的冷却速度，从而得到均匀的淬火组织。进一步的，步骤(3)中，在室温下进行压缩变形，压缩速度为0.08mm/s，以避免速度过快造成变形量难以控制的情况。进一步的，步骤(4)中，最终变形量优选10％。进一步的，步骤(5)中，于600℃下对棒材退火处理。进一步的，步骤(6)中，液态冷却介质为冰水混合物。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)材料中的低ΣCSL晶界比例提高到了80％以上，经过处理后的材料耐腐蚀性能优于原始材料；(2)操作简单，生产效率高，没有引入新元素，没有化学污染。附图说明图1(a)为原始材料未经晶界工程处理的工业纯铜的晶界特征分布图。图1(b)为经过晶界工程处理后的工业纯铜的晶界特征分布图。图1(c)为原始材料与经过晶界工程处理后材料的Tafel曲线图。具体实施方式本专利技术的原理基于晶界工程工艺，通过压缩变形和退火处理使材料发生回复与再结晶，产生低ΣCSL晶界，调控材料的晶界特征分布，从而使工业纯铜的耐腐蚀性能得以提高。具体步骤如下：(1)将工业纯铜棒材置于热处理炉中，750℃温度下均匀化处理15min；(2)将均匀化处理后的样品用冰水混合物淬火；(3)将淬火后的样品进行单向压缩，压缩温度为25℃，压缩速度为0.08mm/s；(4)重复步骤3的操作，直至变形量达到10％；(5)将变形后的样品置于热处理炉中进行退火处理，退火温度为400℃-600℃，退火时间为15min；(6)将退火后试样用冰水混合物进行淬火。在以下实施例中，用低ΣCSL晶界比例(％)来表示材料晶界特征分布的优化效果，值越高说明晶界优化效果越好；用Tafel曲线中的腐蚀电位(Icorr)以及循环伏安曲线中的再活化率Ra(％)表示材料晶间腐蚀倾向，腐蚀电流越小说明耐腐蚀性能越好，再活化率越小说明材料的晶间腐蚀倾向越低。实施例1将样品放入温度为750℃的热处理炉中保温15min，之后取出用冰水混合物淬火，得到均匀化处理后的材料。压缩变形所采用的压缩温度为25℃，压缩速度为0.08mm/s。压缩变形量分别设定为5％，10％与15％，变形后的材料分别在400℃-600℃下退火15min，退火在预设温度热处理炉中进行，之后用冰水混合物淬火处理。处理试样内部的低能ΣCSL特殊晶界的比例随变形量变化而变化，具体测试结果见表1。将处理过的试样一端连接电线后用环氧树脂密封，只暴露一个面。之后进行电化学实验。起始腐蚀电位为-0.3V，终止扫描电位为0.1V，扫描速度5mV/s，腐蚀温度为25℃，电解腐蚀液成分为HCl:CH3COOH:H2O＝1:3:80。形变热处理后的试样内部总的低ΣCSL晶界比例及腐蚀电流和再活化率随变形量的变化而变化，具体测试结果如表1。表1400℃下不同变形量试样测试结果实施例2对工业纯铜进行不同退火温度的热处理，退火温度分别为500℃与600℃，变形量同样为5％，10％与15％。形变热处理后的试样内部总的低ΣCSL晶界比例及腐蚀电流和再活化率随退火温度的变化而变化，具体测试结果如表2表2不同退火温度试样测试结果对比例为了比较处理后的材料与实验母材组织和性能上的差异，对均匀化处理后但没有经过上述形变热处理的材料进行电化学腐蚀试验。之后采用更加直观的浸泡腐蚀试验，选择腐蚀液为1mol/L的稀盐酸，在恒温50℃的水浴锅中浸泡10*24h，以腐蚀失重速率作为耐腐蚀性能指标，与10％变形量，600℃下保温15min的样品进行对比。测试结果如表3。可以看出相比于均匀化处理后的材料，经过晶界工程的形变热处理材料的低ΣCSL晶界比例有所提高，耐腐蚀性能更强。表3晶界工程加工材料与原始材料的测试结果将经过本专利技术处理的材料制成标准金相试样，打磨、机械抛光、电解抛光后利用背散射电子衍射技术测试材料的晶界特征分布，组织中低能ΣCSL晶界的比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将工业纯铜棒材进行均匀化处理；/n（2）将均匀化处理后的工业纯铜迅速置于液态冷却介质中冷却；/n（3）将冷却后的材料进行压缩变形；/n（4）重复步骤（3）操作，进行单向压缩，直至达到最终变形量为5%~15%；/n（5）将经步骤（4）处理的样品置于400℃-600℃下温度下对样品退火处理15min；/n（6）将退火处理后的样品置于液态冷却介质中冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高工业纯铜耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将工业纯铜棒材进行均匀化处理；
（2）将均匀化处理后的工业纯铜迅速置于液态冷却介质中冷却；
（3）将冷却后的材料进行压缩变形；
（4）重复步骤（3）操作，进行单向压缩，直至达到最终变形量为5%~15%；
（5）将经步骤（4）处理的样品置于400℃-600℃下温度下对样品退火处理15min；
（6）将退火处理后的样品置于液态冷却介质中冷却。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，均匀化处理温度为750℃，固溶处理时间为15min。


3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨森，陈子蕴，黄鸣，秦渊，薛云飞，冯文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32