一种耐磨耐蚀的Ni-Cu合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨耐蚀Ni

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及了一种Ni
‑
Cu合金，具体涉及了一种同时具备耐磨和耐蚀性能的含硼/磷的Ni
‑
Cu合金，属于金属材料


技术介绍

[0002]Ni在还原性介质，如淡水、海水、中性和碱性盐类(特别是苛性碱)及酸性溶液(盐酸、硫酸)中都有较好的耐蚀性，在氧化性介质(如硝酸)中也能生成钝化膜，即Ni(OH)2。
[0003]Cu的标准电极电位较正(Cu
+
:0.521V；Cu
2+
:0.337V)，在腐蚀过程中具有较高的热力学稳定性，且钝化膜缺陷也不易引发显著的局部腐蚀，在多种环境下均能保持全面腐蚀。
[0004]Ni、Cu元素可以无限固溶，形成具有单相fcc结构的Ni
‑
Cu合金。Ni
‑
Cu合金具有比单质Ni或Cu更加优异的综合耐蚀性能，以蒙乃尔合金为代表的Ni
‑
Cu合金广泛应用于航空航天、海洋、石油、机械、冶金、化工、核电及交通运输等领域中。
[0005]然而，在较为苛刻的应用环境中，较低的硬度和耐磨性能使得传统的Ni
‑
Cu合金在服役过程中易发生磨损失效行为，制约其使用寿命。为了解决上述问题，应在尽量保证Ni
‑
Cu合金耐蚀性的基础上，通过固溶强化、第二相强化等材料强化手段，设计制备出同时具有较高耐磨性和耐蚀性的Ni
‑
Cu合金。<br/>[0006]公开号CN 101701306 A的专利说明书公开了一种含硼高硅蒙乃尔合金及其制备方法，质量分数0.01
‑
0.1％的微量硼元素掺杂在高硅蒙乃尔合金中可充当变质剂作用，使得晶粒细化、第二相球化、硬度和耐蚀性提高。但硬度提升幅值不超过6％，难以抑制Ni
‑
Cu合金在服役过程中的磨损失效行为。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种同时具有较高耐磨性和耐蚀性的Ni
‑
Cu合金。本专利技术通过合理的成分设计和固溶强化，引入第二相强化，以获得优异的耐磨耐蚀综合性能。
[0008]本专利技术的第二个目的是在于提供一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金的制备方法，该方法工艺流程简单、降低了生产成本，适合应用于工业化生产。
[0009]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金，该Ni
‑
Cu合金按质量百分比计，包括如下组分：Cu 26
‑
29％，Si 3
‑
5％，Mn 0.5
‑
1.5％，B0.5
‑
4.5％，P 0
‑
5％，余量为Ni。
[0010]Ni
‑
Cu合金中Cu元素能保证Ni
‑
Cu合金的耐蚀性能。
[0011]Ni
‑
Cu合金中掺杂Mn元素能增强固溶强化作用，并消除Ni
‑
Cu合金中残余C的不良影响，改善加工性能。
[0012]Ni
‑
Cu合金中掺杂Si元素会形成树枝状的α基体、β
‑
Ni3Si共晶组织，能起到第二相强化的作用。
[0013]当含Si的Ni
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Cu合金中进一步掺杂B、P元素时，形成包含Ni
‑
B、Ni
‑
P、Ni
‑
Si等多种
第二相的复杂组织结构。B含量较低时，第二相强化效果弱，Ni
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Cu合金的硬度较低、耐磨性较差。B含量过高时，含B第二相导致合金变脆，不易加工成形。而Ni
‑
Cu合金中添加P元素主要形成Ni3P相(以及少量的MnP相)，可进一步提升Ni
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Cu合金的硬度和耐磨性。但P含量过高时，会降低Ni
‑
Cu合金的耐蚀性能，且在电弧熔炼制备过程中频繁出现严重的挥发现象，污染炉膛和视窗，不易加工成形。只有当B和P元素在本专利技术所设计的范围内才能达到较好的效果。
[0014]作为一种优选的方案，按质量百分比计，所述Cu/(Ni+Cu)为29.5
‑
30.5％。研究发现，当Cu质量分数约为30％时，Ni
‑
Cu合金的平均自由电子数最低、耐蚀性最好。因此，为了有效保证Ni
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Cu合金的耐蚀性能，本专利技术的一种高耐磨耐蚀Ni
‑
Cu合金的成分设计中，Cu质量分数占(Ni+Cu)总质量分数的29.5
‑
30.5％。
[0015]作为一种优选的方案，Ni
‑
Cu合金按质量百分比计，包括如下组分：Cu27
‑
28％，Si 3
‑
4％，Mn 0.5
‑
1.5％，B 3.0
‑
4.0％，P 0
‑
3％，余量为Ni。B含量较低时，第二相强化效果弱，Ni
‑
Cu合金的硬度较低、耐磨性较差。而B含量较高时，材料内部出现大量缺陷，Ni
‑
Cu合金耐蚀性能降低。B含量过高时，含B第二相导致合金变脆，不易加工成形。在优选的范围内，B和Cu、Si以及P产生协同作用，使得Ni
‑
Cu合金的综合性能达到较优效果。进一步优选Ni为62.5
‑
63.5％，Cu 27
‑
27.5％，Si 3
‑
4％，Mn 0.5
‑
1.5％，B 3
‑
3.5％，P 1.4
‑
1.5％时，所制备的高耐磨耐蚀Ni
‑
Cu合金综合性能最好。
[0016]本专利技术提供的一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金的制备方法，该方法是按配置比例称量所需原料进行真空电弧熔炼，即得。本专利技术真空熔炼时采用氩气作为保护气体，以防止材料在真空熔炼时发生严重氧化、氮化反应，且有助于钨极与样品之间能够顺利引弧。
[0017]作为一种优选的方案，所述原料中Ni、Cu、Si、Mn、B元素均采用高纯原料添加，纯度大于99.9％；所述原料中P元素采用Ni
‑
P合金添加，P含量为18.18
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18.22％，纯度品级为3N级。
[0018]作为一种优选的方案，所述熔炼的条件为：压力为
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0.05
‑‑
0.06MPa；电流为200
‑
300A，单次熔炼时长为1.5
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2.0min。本专利技术中B元素采用高纯硼原料添加，由于硼单质熔点较高，电流过低时，无法熔化成形，但电流过高时，局部温升过大可能导致样品炸裂，难以成形。熔炼时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金，其特征在于：按质量百分比计，包括如下组分：Cu 26
‑
29％，Si 3
‑
5％，Mn 0.5
‑
1.5％，B 0.5
‑
4.5％，P 0
‑
5％，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金，其特征在于：按质量百分比计，包括如下组分：Cu 27
‑
28％，Si 3
‑
4％，Mn 0.5
‑
1.5％，B 3.0
‑
4.0％，P 0
‑
3％，余量为Ni。3.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金，其特征在于：按质量百分比计，所述Cu/(Ni+Cu)为29.5
‑
30.5％。4.权利要求1
‑
3任一项所述的一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金的制备方法，其特征在于：按配置比例称量所需原料进行真空电弧熔炼，即得。5.根据权利要求4所述的一种耐磨耐蚀的Ni
‑
Cu合金的制备方法...

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