專利名稱：鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁青銅合金及其制備方法，尤其是一種新型鎳鋁青銅合金及其制備方法，具體地說是一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎳鋁青銅具有極佳的耐腐蝕性能和摩擦學(xué)性能，是制造船舶螺旋槳、泵、閥、以及水下緊固件的重要材料。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鎳鋁青銅材料的性能提出了更高的要求。眾所周知，合金化及微合金化是提高合金組織與性能的有效手段。從鎳鋁青銅的成分(銅(Cu) 77 82%，錳(Mn) O. 5 4. 0%,鋁(Al) 7. 0 11· 0%,鐵(Fe) 2. 0 6· 0%,鎳(Ni) 3.(Γ6. 0%，鋅(Zn) ￡1.0%，余量為雜質(zhì)元素)來看，該合金尚未進(jìn)行微合金化。鋯(Zr)加入到鋁青銅合金中，在合金凝固過程中鋯(Zr)元素與Al形成Al3Zr (熔點(diǎn)1580°C)等高熔點(diǎn)物相，對(duì)銅合金的后續(xù)凝固起到非均質(zhì)形核作用，細(xì)化合金組織，在合金凝固后的后續(xù)冷卻過程中鋯(Zr)元素還會(huì)從銅合金中析出，并與Cu元素形成金屬間化合物(b相等)，與Al元素形成金屬間化合物Al3Zr等，對(duì)合金起強(qiáng)化作用，并阻止晶粒長(zhǎng)大。鍶(Sr)是一種活性元素，并且在鋁青銅中的固溶度極小。向鋁青銅中加入微量鍶(Sr)不僅能有效凈化熔體、提高元素的分布均勻性，而且在合金凝固后的冷卻過程中生成SrCu5、SrCu等金屬間化合物，強(qiáng)化合金，此外還對(duì)鋯(Zr)元素的燒損起到保護(hù)作用。到目前為止，我國(guó)尚未有一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅可供使用，這一定程度上制約了我國(guó)海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺(tái)、海水管路系統(tǒng)、模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等機(jī)械零件的高速發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在鎳鋁青銅主要成分的基礎(chǔ)上，通過添加微量鋯元素和鍶元素，發(fā)明一種高性能的鎳鋁青銅及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是
一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其特征在于它主要由鋯(Zr)、鍶(Sr)和鎳鋁青銅組成，其中，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為O. 02、. 085%，鍶(Sr)的質(zhì)量百分比為
O.018、. 063%，余量為鎳鋁青銅，各組份的質(zhì)量百分比之和為100%。所述的鎳鋁青筒主要由銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鐵(Fe)組成，其中，鎳(Ni)的質(zhì)量百分比為3. 0 6· 0%，鋁(Al)的質(zhì)量百分比為7. (TlI. 0%，錳(Mn)的質(zhì)量百分比為O. 5 4. 0%，鋅(Zn)的質(zhì)量百分比為￡1. 0%,鐵(Fe)的質(zhì)量百分比為2. (Γ6. 0%,余量為銅(Cu)和少量雜質(zhì)元素，各組份的質(zhì)量百分比之和為100%。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是
一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，其特征是首先，將鎳鋁青銅熔化后,依次加入Al-Sr中間合金和Al-Zr中間合金，在添加過程中必須按所列次序添加，即必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；其次，待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶挘蛔詈?，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。所述的Al-Sr中間合金中Sr的質(zhì)量百分比為8. 901% 10. 879%，Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量百分比為3. 699% 4. 521%。所述的Al-Sr中間合金中Sr的最佳質(zhì)量百分比為9. 89%, Al-Zr中間合金中Zr的最佳質(zhì)量百分比為4. 11%。本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，具有組織晶粒細(xì)小、硬度高、抗腐蝕性好、摩擦系數(shù)低等特點(diǎn)。如本發(fā)明鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅(以實(shí)施例一為例)，其硬度(HV)為216. 025HV,比常規(guī)鎳鋁青銅(以對(duì)比例一為例)的硬度212. 125 HV提高了 1.8% ；再如，按國(guó)標(biāo)GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗(yàn)方法)，其在3. 5% NaCl (試驗(yàn)溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02353 mm/a (以實(shí)施例一為例)，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對(duì)比例一為例) 的均勻腐蝕速率O. 02424 mm/a降低了 3. 0%。(2)本發(fā)明鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅(以實(shí)施例一為例)，在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上(頻率20Hz，載荷IN，時(shí)間lOmin，沖程O. 8^1mm,摩擦對(duì)偶件為直徑4 mm的Si3N4球)的干摩擦系數(shù)為O. 0245，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對(duì)比例一為例)的干摩擦系數(shù)O. 0272降低了 9. 93% ;在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數(shù)為O. 0232 (以實(shí)施例一為例)，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對(duì)比例一為例)的濕摩擦系數(shù)O. 0251降低了 13. 6%，摩擦系數(shù)大幅降低。(3)本發(fā)明通過大量的試驗(yàn)獲得了理想的制備方法，尤其是通過采用按次序加入各中間合金的方法來控制各組份含量，按本發(fā)明的工藝能容易地得到符合要求的微合金化的鎳鋁青銅材料。(4)本發(fā)明公開了一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，一定程度上打破了國(guó)外對(duì)高性能鎳鋁青銅的技術(shù)封鎖，可滿足我國(guó)大型艦船螺旋槳、水泵、閥門、海水淡化設(shè)備等領(lǐng)域的需求。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例一的鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅金相組織。圖2是本發(fā)明對(duì)比例一的常規(guī)鎳鋁青銅金相組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一 如圖I所示。一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法
按7. 1206kg配制為例。首先，將7kg自制(見對(duì)比例一)或市售鎳鋁青銅(成分78. 65Cu，1.05Mn，9. 94A1，5. 8Fe,4. 54Ni，0. 64Zn，實(shí)施例中所有元素符號(hào)前的數(shù)字均表示質(zhì)量百分比，下同)熔化后依次加入35. 4gAl-Sr中間合金(89. 85%Α1，9· 89%Sr (也可在8.901% 10. 879%之間選擇，下同)，0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、85· 2g Al-Zr 中間合金(95. 69%A1,
4.ll%Zr (也可在3· 699% 4· 521%之間選擇)，O. 20%Fe, O. 10%Si ) (Zr的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場(chǎng)上購(gòu)置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶?min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。本實(shí)施例的鎳鋁青銅經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為4. 46% Ni，10. 06% Al，I. 03 % Mn，6%Fe,O. 6%Zn,0. 048% Zr,O. 03% Sr，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。本實(shí)施例的鎳鋁青銅組織細(xì)小(圖1)，其硬度(HV)為216. 025HV，按國(guó)標(biāo)GB10124-88 (均勻腐蝕試驗(yàn)方法)，其在3. 5% NaCl (試驗(yàn)溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02353 mm/a，在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)條件下，與Si3N4球?qū)δr(shí)，在空氣中的干摩擦系數(shù)為O. 0245，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數(shù)為O. 0232。 實(shí)施例二。一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法
按7. 1206kg配制為例。首先，將7.005kg 鎳鋁青銅(成分78. 96Cu, I. 09Mn,9. 94A1,5. 02Fe,4. 41Ni,
0.38Zn，實(shí)施例中所有元素符號(hào)前的數(shù)字均表示質(zhì)量百分比，下同)熔化后依次加入30. 4gAl-Sr 中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、85. 2g Al-Zr 中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr, O. 20%Fe, 0. 10%Si ) (Zr 的損失率約為 8%)，所述的中間合金可直接從市場(chǎng)上購(gòu)置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后,加入淸渣劑(除去雜質(zhì)),接著通入高純氮?dú)饩珶?min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。本實(shí)施例的鎳鋁青銅經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為4. 3% Ni, 10. 90%A1,1.07 % Mn，
5.18% Fe,O. 37%Zn,O. 048% Zr,O. 025% Sr，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。實(shí)施例三。一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法
按7. 1206kg配制為例。首先，將7.062kg自制(見對(duì)比例一)或市售鎳鋁青銅(成分78. 65Cu，1.05Mn，9. 94A1，5. 8Fe，4. 54Ni，0. 64Zn，實(shí)施例中所有元素符號(hào)前的數(shù)字均表示質(zhì)量百分比，下同)熔化后依次加入2L 6gAl-Sr中間合金(89. 85%A1,9. 89%Sr(也可在8. 901% 10. 879%之間選擇，下同)，0. 16%Fe，0. 10%Si)(Sr 的損失率約為 40%) ,37. 66 Al-Zr 中間合金(95. 69%A1,
4.ll%Zr (也可在3. 699% 4. 521%之間選擇)，O. 20%Fe, O. 10%Si ) (Zr的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場(chǎng)上購(gòu)置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶?min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f 5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。本實(shí)施例的鎳鋁青銅經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為4. 46% Ni，10. 06% Al，I. 03 % Mn,6%Fe,O. 6%Zn,0. 02% Zr,O. 018% Sr，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
實(shí)施例四。一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法
按7. 1206kg配制為例。首先，將6.885kg自制(見對(duì)比例一)或市售鎳鋁青銅(成分78. 65Cu，I. 05Mn，9. 94A1，5. 8Fe，4. 54Ni，0. 64Zn，實(shí)施例中所有元素符號(hào)前的數(shù)字均表示質(zhì)量百分比，下同)熔化后依次加入75. 6gAl-Sr中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr (也可在8· 901% 10. 879%之間選擇，下同)，O. 16%Fe，O. 10%Si ) (Sr的損失率約為40%)、160. Ig Al-Zr中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr (也可在 3. 699% 4. 521% 之間選擇)，O. 20%Fe, O. 10%Si ) (Zr 的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場(chǎng)上購(gòu)置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶?min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠； 即獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。本實(shí)施例的鎳鋁青銅經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為4. 46% Ni，10. 06% Al，I. 03 % Mn，6%Fe,O. 6%Zn,0. 085% Zr,O. 063% Sr，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。實(shí)施例二 四的復(fù)合微合金化后的鎳鋁青銅的金相組成與實(shí)施例一相近似，也相有組織細(xì)小，硬度和耐腐蝕性明顯優(yōu)于未進(jìn)行鈧鍶合金化的鎳鋁青銅。對(duì)比例一。如圖2所示。一種常規(guī)鎳鋁青銅，按以下方法制備而成 按7. 2268kg配制為例。首先，將7. 2268 kg鎳鋁青銅熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶?min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即得常規(guī)鎳鋁青銅。本對(duì)比例的鎳鋁青銅經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為4. 54% Ni,8. 84%A1,1.20% Mn，
5.05% Fe,O. 44%Zn，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。本對(duì)比例的鎳鋁青銅組織粗大(圖2)，其硬度(HV)為212. 125HV，按國(guó)標(biāo)GB10124-88 (均勻腐蝕試驗(yàn)方法)，其在3. 5% NaCl (試驗(yàn)溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02424 mm/a，在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)條件下，與Si3N4球?qū)δr(shí)，在空氣中的干摩擦系數(shù)為O. 0272，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數(shù)為O. 0251。以上僅列出了幾個(gè)常見鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅的配比及制造方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述實(shí)施例，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各組份的配比并嚴(yán)格按上述步驟進(jìn)行制造，即可獲得理想的鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅，其特征在于它主要由鋯(Zr)、鍶(Sr)和鎳鋁青銅組成，其中，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為O. 02、. 085%，鍶(Sr)的質(zhì)量百分比為O.018 O. 063%，余量為鎳鋁青銅，各組份的質(zhì)量百分比之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，其特征在于 首先，將鎳鋁青銅熔化后，依次加入Al-Sr中間合金和Al-Zr中間合金，在添加過程中必須按所列次序添加，即必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金； 其次,待全部熔化后,加入淸渣劑(除去雜質(zhì)),接著通入高純氮?dú)饩珶挘? 最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠； 即可獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中Sr的質(zhì)量百分比為8. 901% 10. 879%, Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量百分比為3. 699% 4. 521%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中Sr的質(zhì)量百分比為最佳9. 89%，Al-Zr中間合金中Zr的最佳質(zhì)量百分比為4. 11%。
全文摘要
一種鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法，其特征是所述的制品主要由鎳鋁青銅，鋯(Zr)(質(zhì)量百分比為0.02~0.085%)和鍶(Sr)(質(zhì)量百分比為0.018~0.063%)組成。該合金的制備工藝流程為首先，將鎳鋁青銅熔化后，依次加入Al-Sr中間合金和Al-Zr中間合金；其次，待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮?dú)饩珶?；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鋯和鍶復(fù)合微合金化的鎳鋁青銅。與常規(guī)鎳鋁青銅相比，本發(fā)明的具有組織細(xì)小，硬度和抗腐蝕性提高，摩擦系數(shù)顯著下降，在海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺(tái)、海水管路系統(tǒng)、機(jī)械模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102899523SQ20121041896
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者何峰明, 何峰林, 丁志紅, 許曉靜, 潘勵(lì), 陳樹東, 王宏宇, 楚滿軍 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江金葉螺旋槳有限公司