一种具有纳微结构的铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有纳微结构的铜合金及其制备方法，属于铜合金制备技术领域。该具有纳微结构的铜合金，具有纳米相

【技术实现步骤摘要】
materials,Prog.Mater.Sci.51(4)(2006)427
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556.]。
[0005]鉴于以上背景，为满足各种工业和国防应用领域对高端强韧耐磨铜合金结构零件和组件的需求，必须在材料设计、制备工艺和技术方面进行突破，开发出兼具高强度、高塑韧性和高耐磨性的新型铜合金产品。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，为开发出兼具高强度、高塑韧性和高耐磨性的新型铜合金产品，本专利技术一方面提供了一种具有纳微结构的铜合金，通过在铜合金产品中设计制备具有纳米相
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细晶结构心部和纳米相
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纳米晶结构表层的纳微结构，使铜合金产品具有优异整体性能(高强韧)和突破性(超强耐磨)表层性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0008]一种具有纳微结构的铜合金，具有纳米相
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细晶结构心部和纳米相
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纳米晶结构表层。
[0009]本专利技术还提供了上述具有纳微结构的铜合金的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)通过铜合金熔铸过程中微合金元素的加入，获得整体具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭；
[0011](2)在200～400℃之间对具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭进行0.5h～1h的退火处理；
[0012](3)将具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭表层的微米级细晶转变为纳米晶，获得纳米相
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纳米晶结构表层，而心部仍保持纳米相
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细晶结构，制备出具有纳微结构的铜合金。
[0013]优选地，还包括：
[0014](4)对具有纳微结构的铜合金进行250～350℃温度下的时效处理。
[0015]优选地，(3)中，纳米晶的尺寸小于100nm。
[0016]优选地，(1)中，微合金元素包括Fe、Co、Cr、Zr、Sc中的至少一种。
[0017]优选地，各元素的加入量分别为Fe 0.01～4.0wt％、Co 0.01～4.0wt％、Cr 0.01～3.0wt％、Zr 0.01～1.0wt％、Sc 0.01～1.0wt％。
[0018]优选地，(3)中，采用表面纳米化处理技术将具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭表层的微米级细晶转变为纳米晶。
[0019]优选地，(3)中，表面纳米化处理技术包括表面机械研磨处理法、凸轮滚压、超声喷丸、气动喷丸、激光熔敷、激光辐照、激光重熔、激光喷丸、超音速微粒轰击中的一种。
[0020]优选地，铜合金为Cu
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12Sn
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1.5Ni青铜合金。
[0021]优选地，(4)中，时效处理工艺参数为：在300～350℃时效0.5～5h。
[0022]本专利技术相对于现有技术，具有如下的有益效果：
[0023]1.本专利技术提供的具有纳微结构的铜合金，通过在铜合金产品中设计制备具有纳米相
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细晶(NPFG)结构心部和纳米相
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纳米晶(NPNG)结构表层的纳微结构，一方面利用NPFG结构中纳米相和微米级细晶的协同强韧化作用，提高铜合金心部的强韧综合性能；另一方面，利用纳米相和纳米晶的高效协同强化作用，大幅度提高铜合金表层的强度和耐磨性，通过NPFG和NPNG的综合作用获得具有优异整体性能(高强韧)和突破性表层性能(超强耐磨)的铜合金产品。
[0024]2.本专利技术提供的具有纳微结构的铜合金的制备方法，通过综合微合金化设计、熔铸工艺、表面纳米化和时效处理等技术手段实现，相关技术近些年都有了长足的发展，应用性强，为研制舰船螺旋桨、潜艇鱼雷发射系统、轴瓦、压力缸体以及重载轴承齿轮等高端强韧耐磨铜合金产品提供了切实可行的新途径。
附图说明
[0025]图1纳微结构(NPFG心部+NPNG表层)在铜合金结构零件/组件上(以齿轮产品为例)的设计示意图；
[0026]图2超声喷丸处理后纳微结构铜合金样品照片；
[0027]图中，1.纳米相
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细晶结构心部，2.纳米相
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纳米晶结构表层，3.纳米相
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细晶结构心部中微米级细晶粒，4.纳米相
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细晶结构心部中纳米相，5.纳米相
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纳米晶结构表层中纳米级晶粒，6.纳米相
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纳米晶结构表层中纳米相
具体实施方式
[0028]下面通过示范性实施例详细描述本专利技术。需指出的是，本领域的技术人员很容易理解，以下实施例仅为以举例方式给出的关于本专利技术的方法的一些示范性实施例，并不意味着对本专利技术进行任何限制。
[0029]本专利技术提供的具有纳微结构的铜合金其构成如图1所示，包括纳米相
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细晶结构心部1和纳米相
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纳米晶结构表层2；
[0030]其中，纳米相
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细晶结构心部1包括纳米相
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细晶结构心部中微米级细晶粒3和纳米相
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细晶结构心部中纳米相4；
[0031]其中，纳米相
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纳米晶结构表层2包括纳米相
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纳米晶结构表层中纳米级晶粒5和纳米相
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纳米晶结构表层中纳米相6。
[0032]本专利技术提供的具有纳微结构的铜合金，通过微量元素添加、熔铸工艺调控、表面纳米化和时效处理等多项技术手段的整合实现。以针对机械传动用Cu
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12Sn
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1.5Ni青铜合金齿轮为例，通过微量铁元素的加入，配合真空熔铸工艺，在铸态Cu
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12Sn
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1.5Ni合金中制备出富铁纳米相－细晶(NPFG)结构；在200～400℃之间对NPFG结构Cu
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12Sn
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1.5Ni合金铸件进行0.5h～1h的低温短时退火处理，为下一步表面形变处理提供优良的应变条件，且不会造成晶粒和纳米相的严重粗化；利用超声喷丸工艺对NPFG结构铜合金表层进行剧烈形变处理，NPFG结构Cu
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12Sn
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1.5Ni合金表层的微米级晶粒转变为纳米晶，获得富铁纳米相
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纳米晶(NPNG)结构表层，在Cu
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12Sn
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1.5Ni青铜合金齿轮中形成如图1所示NPFG心部+NPNG表层的纳微结构，并在合金中形成了高密度位错以及储备了较高的能量；对纳微结构Cu
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12Sn
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1.5Ni青铜合金在300～350℃进行0.5～5h的时效处理，结合表面形变所产生的高能量，进一步诱发Cu3Sn颗粒、富铁颗粒等新相的纳米弥散析出。通过NPFG协同强韧化获得高强韧齿轮心部，通过NPNG强化获得超强耐磨齿轮表层，基于NPFG和NPNG的综合作用使Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有纳微结构的铜合金，其特征在于，具有纳米相
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细晶结构心部和纳米相
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纳米晶结构表层。2.根据权利要求1所述的一种具有纳微结构的铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过铜合金熔铸过程中微合金元素的加入，获得整体具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭；(2)在200～400℃之间对具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭进行0.5h～1h的退火处理；(3)将具有纳米相
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细晶结构的铜合金铸锭表层的微米级细晶转变为纳米晶，获得纳米相
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纳米晶结构表层，而心部仍保持纳米相
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细晶结构，制备出具有纳微结构的铜合金。3.根据权利要求2所述的一种具有纳微结构的铜合金的制备方法，其特征在于，还包括：(4)对具有纳微结构的铜合金进行250～350℃温度下的时效处理。4.根据权利要求2所述的一种具有纳微结构的铜合金的制备方法，其特征在于，(3)中，纳米晶的尺寸小于100nm。5.根据权利要求2所述的一种具有纳微结构的铜合金的制备方法，其特征在于，(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯旋，王自东，庞晓露，陈晓华，朱谕至，石荣建，李宗烜，申江旭，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：