CN105908014B - 一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种耐海水腐蚀的铜合金，各组成及其质量百分比为：Cu66‑75%、Al0.1‑0.8%、Sn0.01‑0.2%、Ni 0.01‑0.2%、Fe 0.5‑1.5%、Y 0.001‑0.2%、余量为Zn，熔炼后得到的组织为单相α相。还提供了上述耐海水腐蚀的铜合金的制备方法，按照质量百分比称取各反应物质，其中Cu、Al、Sn、Ni、Fe、Zn为单质，Y为Cu‑Y中间合金；将上述的物质加入到反应容器中，采用1000~1200℃的温度熔炼2~5小时，冷却后即为耐海水腐蚀的铜合金。本发明的耐海水腐蚀的铜合金耐海水长期腐蚀，加入的合金元素含量少，合金的加工性能好，材料成型性好，成本很低。

Description

一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种合金，具体来说是一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法。

背景技术

锡黄铜具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，尤其具有非常优异的耐腐蚀性能，对海水、淡水都表现出相当强的抗蚀性，有“海军黄铜”之称，所以广泛的应用在于海洋养殖、化工、电工、电力、航海、水下兵器、热交换器、核电站等领域。但是锡黄铜中含锡量过多，会降低合金的塑性，而且合金有应力腐蚀破裂倾向。含锡量太少，耐腐蚀性能又差。为了提高锡黄铜的耐蚀能力，往往在黄铜中添加了少量的砷（As）元素，如传统的锡黄铜HSn70-1，但是砷有剧毒，对环境构成威胁，且其耐蚀性能已经不能满足现代各行业的需求，如何选取合适的锡含量，添加合适的合金元素，使得锡黄铜合金既耐海水腐蚀，同时具有一定的机械性能以便于加工，使用时不发生应力腐蚀断裂，不能有铅、砷等有毒元素等，成为全球范围内的热门课题。

专利（公开号CN200580026908.9）提供了一种改进的锡黄铜材料，成分范围为62-91% Cu，0.01-4% Sn, 余量为Zn，添加合金元素有As、Sb、Mg、P组合或者是Mn、Si、Ni等组合，同时严格限制如Fe等杂质含量。为提高黄铜的耐蚀性，合金中采用了添加0.02-0.25%质量百分比的As或者其它元素，实际上还是沿用加As的路线，同时搭配加上相对较高的其它元素来提高材料的耐蚀性能，没有完全解决有毒As元素的问题，同时对黄铜冶炼中很难避免的铁杂质含量进行限制，增加了熔炼的成本。

专利申请（申请号201410194408.7）提出采用一种渔网用耐蚀黄铜材料，具体成分为：Cu58-75%、Sn0.4-1.8%、Si0.2-0.5%、Bi0.2-0.5%、Pb ≤ 0.004%、Fe ≤ 0.003%、Cd ≤0.0005%、余量为Zn。为提高黄铜的耐蚀性，主要采取添加Bi和Sn元素，同时严格限制黄铜中铁和铅的含量来提高黄铜耐蚀性的目的。但是黄铜中添加Bi会增加材料的脆性，使得材料加工性能恶化；而Sn含量高则会增加材料成本，加工性能变差。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法，所述的这种耐海水腐蚀的铜合金及其制备方法要解决现有技术中的海水用耐蚀合金耐蚀性不佳、加工困难的技术问题。

本发明提供了一种耐海水腐蚀的铜合金，各组分的质量百分比如下所示：

Cu 66-75%，

Al 0.1-0.8%，

Sn 0.01-0.2%，

Ni 0.01-0.2%，

Fe 0.5-1.5%，

Y 0.001-0.2%，

Zn 余量；熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

进一步的，所述的耐海水腐蚀的铜合金的各组分的质量百分比如下所示：

Cu 70%，

Al 0.6%，

Sn 0.1%，

Ni 0.1%，

Y 0.05%，

Fe 0.6%，

Zn 余量，熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

进一步的，所述耐海水腐蚀的铜合金组分中Ni和Sn的质量百分比满足下面关系为最佳：[Sn]/[Ni]＝0.90～1.2。

本发明还提供了上述的一种耐海水腐蚀的铜合金的制备方法，包括如下步骤：

1） 按照质量百分比称取各反应物质，其中Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn为单质，Y为Cu-Y中间合金；

2） 将上述的物质加入到反应容器中，采用1000~1200℃的温度熔炼2~5小时，冷却后即为耐海水腐蚀的铜合金。

本发明通过微合金化设计，即加入微量的Y，对Sn、Ni含量进行适当的配合，在减少合金中Sn含量的同时，加入少量的Al以及控制组织为单相α相，来达到提高合金耐海水腐蚀的目的；同时由于加入的合金元素含量少，合金的加工性能好，不会造成材料加工困难；对合金中不可避免的杂质Fe进行利用，反而增加了合金的耐蚀性；选用的合金元素为低成本的Al、Fe、Ni等，成本很低；合金中不含有毒元素铅、砷，不会对环境带来污染。本发明既提高了黄铜材料的耐蚀性，同时不损坏黄铜的其它性能。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明是一种低成本的适合海洋工程用的耐蚀黄铜材料，尤其是适用于海水围殖渔网用，通过合金化设计，既提高了合金的耐海水腐蚀性，同时具有强度高、加工性能好、耐海水冲刷的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明，将有助于对本发明进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。

实施例1

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu70%、Al 0.6%、Sn 0.1%、Ni 0.1%、Y 0.05%、Fe 0.6%，余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn为单质纯金属，Y用Cu-10%Y中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过450MPa，硬度HB 110，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为8μm/a。

实施例2

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu66%、Al 0.1%、Sn 0.01%、Ni 0.01%、Y 0.2%、Fe 0.6%，余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn为单质纯金属，Y用Cu-10%Y中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过400MPa，硬度HB 110，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为15μm/a。

实施例3

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu75%、Al 0.8%、Sn 0.01%、Ni 0.01%、Y 0.1%、Fe 1%，余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn为单质纯金属，Y用Cu-10%Y中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过450MPa，硬度HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为12μm/a。

实施例4

配料：耐海水腐蚀和冲刷的铜合金材料，其成分配方包含的各组成及其质量百分比控制在Cu70%、Al 0.4%、Sn 0.1%、Ni 0.12%、Y 0.05%、Fe为1.5%，余量为Zn。熔炼时所用Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn采用单质纯金属，Y用Cu-15%Y中间合金加入。熔炼后得到的组织为α相。制备得到的黄铜合金材料其强度超过为450MPa，硬度为HB 120，延伸率大于20%，在海水中腐蚀速度为12μm/a。

Claims (4)

1.一种耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于各组分的质量百分比如下所示：

Cu 66-75%，

Al 0.1-0.8%，

Sn 0.01-0.2%，

Ni 0.01-0.2%，

Fe 0.5-1.5%，

Y 0.001-0.2%，

Zn 余量；熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

2.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于各组分的质量百分比如下所示：

Cu 70%，

Al 0.6%，

Sn 0.1%，

Ni 0.1%，

Y 0.05%，

Fe 0.6%，

Zn 余量；熔炼后得到的铜合金组织为单相α相。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：各组分及其质量百分比满足下面关系：[Sn]/[Ni]＝0.90～1.2。

4.权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的铜合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按照质量百分比称取各反应物质，其中Cu、Al、Sn 、Ni、Fe、Zn为单质，Y为Cu-Y中间合金；

2）将上述的物质加入到反应容器中，采用1000~1200℃的温度熔炼2~5小时，冷却后即为耐海水腐蚀的铜合金。