一种Cu-Al-Ni-In系铜合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铜合金材料，具体涉及一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料及其制备方法，属于金属材料


技术介绍

[0002]镍铝青铜具有很好的耐海水腐蚀性能，在船舶螺旋桨、泵、阀和一些水下紧固件等领域广泛应用，主要是在紫铜中添加镍、铁、锰和铝元素。镍铝青铜的抗拉强度与抗腐蚀疲劳强度高，抗空泡腐蚀性能好，多用于船舶螺旋桨的制造。在上世纪七十年代，英、美等国制造螺旋桨就开始采用镍铝青铜材料，我国也在八十年代开始应用镍铝青铜，研制出螺旋桨专用镍铝青铜合金ZCuAl9Fe4Ni4Mn2。同时铸造镍铝青铜在海水泵体制造中也有相当广泛的应用。优良的耐腐蚀性能和极佳的腐蚀疲劳强度使得镍铝青铜在海洋工程中得到大量使用，与此同时，镍铝青铜也具有很好的导电、导热和焊接性能以及抗污性能，因此，镍铝青铜能够满足海水管系的使用要求。洛阳船舶材料研究所研发出极限流速7m/s的铸造镍铝青铜，该所还开发出变形镍铝青铜，其力学性能满足：Rm≥500MPa、Rp0.2≥240MPa、A≥25％，促进了镍铝青铜更为广泛的应用。
[0003]中国专利CN112063883A公开了一种铝青铜及其制备方法，该合金含有的化学元素成分及其质量百分比为7.0～12.0％的Al，3.0～7.0％的Ni，3.0～7.0％的Fe，0～1.0％的Mn，0～1.0％的Zn，0～0.5％的Si，0～0.5％的Sn，余量为Cu，该专利技术公开的铝青铜具有高强度和高耐磨性，未公开其合金具有耐腐蚀性能。中国专利CN101381824A和中国专利CN101435032B公开了多元耐蚀铝青铜合金材料，其成分质量百分比Al：4.0～10.0％、Fe：1.0～4.5、Mn：1.0～4.5、Ni：0.8～4.0，可选择Cr：0.05～0.5，余量Cu，该合金的静态海水腐蚀速率0.01～0.03mm/a，抗拉强度550MPa、屈服强度300MPa、延伸率30％，从中可知该合金的抗腐蚀性能好，但是塑性较差。中国专利CN1267570C公开了一种用于制造海水泵阀的铸造铜合金及其制备方法，其各元素成分的重量百分比如下：Ni：4.0～10.0％；Al：5.0～9.0％；Fe：1.0～5.0％；Mn：1.0～3.0％；Re/Cr/Si：0.5～3.5％；余量Cu，该合金在7m/s海水充数下腐蚀速率低于0.042mm/a，其抗拉强度650MPa、屈服强度380MPa、延伸率13％，从中可知该合金的抗腐蚀性和强度都高，但塑性很差。

技术实现思路

[0004]针对现有铜基合金材料存在的不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料，该铜合金材料具有较好的力学性能和较高的耐蚀性，适用于海洋工程、船舶、石油化工等场合中工作的结构件和耐蚀件等。
[0005]本专利技术的第二个目的是在于提供一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料的制备方法，该合金材料的生产流程短、工艺简单，有利于大规模生产。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料，其包含以下质量百分比组分：Al 2.5～3.0％；Ni 1.0～2.0％；In 0.5～1.5％；余量为Cu。Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料中还包含微量的不可避免的杂质成分，一般忽略不计。
[0007]本专利技术的Cu
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Al
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Ni
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In系合金中，Al元素能够在合金表面形成氧化铝保护膜，凝聚了在腐蚀过程中形成的Cu2O多孔层，从而提高合金的耐腐蚀性能；Ni元素加入到铝青铜中，可以固溶于铜中，细化晶粒，从而提高合金的强度、韧性和耐蚀性；加入少量In元素，由于In具有很大的电极电位和电离能，有利于提高合金的耐腐蚀性，同时形成第二相以及少量固溶于Cu，极大提高合金的强度和硬度。因此，整个Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金表现出优异力学强度和耐腐性能。
[0008]作为一个优选的方案，Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料，其由以下质量百分比组分组成：Al 2.5～3.0％；Ni 1.0～2.0％；In 0.5～1.5％；余量为Cu(以总质量为100％计量)。本专利技术的Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料适量的In加入可以明显提高合金的强度和耐腐蚀性，In的加入量过低则对合金的强度和耐腐蚀性改善效果不明显，但过量添加In不利于Al在合金表面形成保护膜，从而会降低合金的耐蚀性。
[0009]本专利技术还提供了一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料的制备方法，该制备方法是将包括铜、铝、镍和铟在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均质化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧和退火II，即得。
[0010]作为一个优选的方案，所述熔炼过程为：将铜、镍、铝及覆盖剂，升温至1220℃～1260℃进行熔化，再控制炉温在1030～1070℃，加入铟，待铟熔化后，加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣。基于铟的熔点相对其他金属较低，因此控制炉温相对较低的条件下加入铟。而冰晶石和氟化钙主要起到助熔作用，能够降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使得渣和金属很好分离。所述覆盖剂如木炭。
[0011]作为一个优选的方案，所述均质化的条件为：温度为900～950℃，时间为1～3h。均质化处理可以改善或消除熔铸过程中所造成的各种组织缺陷，为后续热处理作好组织准备。
[0012]作为一个优选的方案，所述热轧的条件为：热轧温度为800～830℃，热轧道次轧下量60％～70％，热轧总变形量为80％～90％，终轧温度为600～650℃。在优选的热轧条件下可以很好地改善合金的铸造组织，细化合金晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使合金组织密实，力学性能得到改善。
[0013]作为一个优选的方案，所述冷轧的条件为：包括两道次冷轧，第一道次冷轧变形量为40％～60％，经第二道次变形后，总变形量达到70～80％。在优选的冷轧条件下起到加工硬化的作用，显著提高了合金的强度和硬度。
[0014]作为一个优选的方案，所述退火I的条件为：在分解氨的气氛下，于650℃～700℃温度下，退火1～2小时。第一道退火工艺主要是用于消除冷轧加工硬化，降低硬度恢复塑性，消除残余应力，减少变形与裂纹倾向，同时均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料，其特征在于：包含以下质量百分比组分：Al 2.5～3.0％；Ni 1.0～2.0％；In 0.5～1.5％；余量为Cu。2.根据权利要求1所述的一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：Al 2.5～3.0％；Ni 1.0～2.0％；In 0.5～1.5％；余量为Cu。3.权利要求1或2所述的一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料的制备方法，其特征在于：将包括铜、铝、镍和铟在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均质化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧和退火II，即得。4.根据权利要求3所述的一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述熔炼过程为：将铜、镍、铝及覆盖剂，升温至1220℃～1260℃进行熔化，再控制炉温在1030～1070℃，加入铟，待铟熔化后，加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣。5.根据权利要求3所述的一种Cu
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Al
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Ni
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In系铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述均质化处理的条件：温度为900～950℃，时间为1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘咏，王谢，雷前，冯建伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：