CN113664410A - 一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法，属于铜合金技术领域。本发明所述铜合金材料的制备主要包括如下步骤：上引连铸、粗拉、中拉、细拉、酸洗。本发明所述铜合金材料运用上引连铸方法，利用溶液冷却结晶原理，从熔体缓慢连续抽出固态金属的方法。本发明通过新的工艺方案制备一种耐蚀耐磨的铜合金熔敷材料性能好，产品质量稳定，生产效率高，降低生产成本。本发明制备的铜合金熔敷材料，表面堆焊硬度在175HBV以上，盐雾腐蚀在72h以上，送丝性能良好，产品质量明显高于其他同类产品。

Description

一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金技术领域，尤其涉及一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法。
背景技术
高锰铝青铜铜合金耐蚀性和耐磨性良好，广泛应用于采矿、船舶、风能和工业领域。如煤炭行业井下作业的液压支架在工作过程中，与立柱配合面容易积聚煤屑等硬质颗粒，引起划伤，且液压油中易混进水分、H2S等腐蚀介质，从而导致底缸内表面出现锈蚀，影响密封效果，最终造成举升力下降，这就要求对底缸内壁进行表面处理和修复。支架底缸内壁以前通过镀铬来增加其耐磨、耐蚀性，但是镀铬劳动强度大、环境污染严重、整体成本高。近来一种新的工艺方法兴起逐步取代了化学镀铬方法——用氩弧焊机堆焊在底缸内壁堆焊一层高锰铝青铜合金来增加其硬度和耐磨性。该方法具有自动化程度高、成本低、耐磨、防腐效果显著等优点，在同等工况条件下：所强化修复的底缸内壁耐磨、防腐性能大大提高，熔敷堆焊的高锰青铜合金精加工后布氏硬度大大提升，使用寿命达到新品的2倍以上。高锰铝青铜熔敷材料现有生产工艺主要有三大缺点：一是氧含量较高，容易形成氧化铝杂质，线坯质量差，拉丝断丝率高，产品产出率低。二是引出杆的孔径至少10mm，后续要经过10次退火加拉丝工艺，退火次数多，生产效率低。三是单炉产出率低，生产效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法。该材料的制备工艺生产效率高，生产成本低，材料的稳定性好。
本发明的第一个目的是提供一种新型铜合金熔敷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铜熔融后，升温，加入镍和铁，进行第一步合金化；再加入锰和铝，进行第二步合金化，后经精炼、降温，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体进行上引连铸、剥皮得到线坯；所述上引连铸的引速为1000-1200mm/min，节距为5-8mm；
(3)将步骤(2)所述线坯依次进行粗拉、中拉、细拉、收线、酸洗、抛光，得到所述铜合金熔敷材料；所述粗拉的配模比为6.5-5.15-4.35-3.75-3.38-3.10，在配模比为4.35和3.10时分别进行退火处理；所述中拉的配模比为3.10-2.85-2.57-2.32-2.19-2.01-1.81-1.50，在配模比为2.57、2.01和1.50时分别进行退火处理；所述细拉的配模比为1.50-1.35-1.23-1.17。
在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述升温后的温度为1240-1260℃。
在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述精炼的时间为1-2h。
在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述降温后的温度为1150-1170℃。
在本发明的一个实施例中，在步骤(2)中，所述剥皮为0.1-0.2mm。采用倒拉油拉机改造为铜剥皮机，固定模具剥皮方式，将节距纹和表面缺陷全部去除。
在本发明的一个实施例中，在步骤(3)中，所述退火的温度均为750-850℃。
在本发明的一个实施例中，在步骤(3)中，退火的时间均为3.5-5.5h。
在本发明的一个实施例中，在步骤(3)中，所述收线要求比较蓬松，在酸洗时候，氧化皮容易清洗干净。
在本发明的一个实施例中，在步骤(3)中，所述酸洗采用的是浓度为18-25％的盐酸溶液。细拉后的线坯浸泡在盐酸溶液中，浸泡时间为15-20min，然后取出用清水清洗干净，然后自然风干。在酸洗时候，氧化皮容易清洗干净，且价格便宜，更高效。
在本发明的一个实施例中，在步骤(3)中，所述抛光是将酸洗好的线坯经过单模拉丝机拉拔层绕到样品盘具上。
在本发明的一个实施例中，所述铜合金熔敷材料中原料组分及其质量百分比为镍4-7％、铁3-6％、锰3-10％、铝2-7％、杂质0-0.5％、余量为铜。
本发明的第二个目的是提供一种新型铜合金熔敷材料。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述铜合金材料运用上引连铸方法，利用溶液冷却结晶原理，从熔体缓慢连续抽出固态金属。上引连铸生产细线坯的工艺参数更易控制，比水平连铸更容易生产较细的线坯，而此焊丝后续退火次数和铸造出线坯的直接有巨大影响关系。铸造出较细的线坯，后续拉丝退火次数减少，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。
(2)本发明制备的新型铜合金熔敷材料性能好，工艺性能佳，质量保持稳定。单炉产量大，单炉次产品量2吨。
(3)本发明制备的高锰铝青铜焊丝，内壁熔铜后，表面堆焊硬度在175HBV以上，盐雾腐蚀在72h以上，送丝性能良好，产品质量明显高于其他同类产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：将79质量份电解铜板投入上引铸造炉熔化，熔化后，提升整体炉温至1250℃，然后根据元素含量要求，先投入5.5质量份电解镍板和4.5质量份铁板，进行第一步合金化，铁和镍熔化后，按照元素含量要求，投入6.5质量份电解锰和4.5质量份铝锭，进行第二部合金化，锰和铝熔化后，进行精炼，精炼时间1.5h。然后，温度降至1160℃，准备上引。
(2)上引连铸采用四头引铸，引速1100mm/min，节距7mm。
(3)剥皮：采用倒拉油拉机改造为铜剥皮机，固定模具剥皮方式，剥皮0.15mm，节距纹和表面缺陷全部去除。
(4)粗拉：将剥皮好的线坯在油拉机上进行粗拉。配模为：6.5—5.15—4.35(退火)—3.75—3.38——3.10(退火)；退火温度为800℃，退火时间为4.5h。
(5)中拉：将粗拉好的线坯在油拉机上进行中拉。3.10—2.85—2.57(退火)—2.32—2.19—2.01(退火)—1.81—1.50(退火)。退火温度为800℃，退火时间为4.5h。
(6)细拉：将中拉好的线坯在单模倒拉机上进行细拉。配模比1.50—1.35—1.23—1.17。
(7)收线：收线整齐，收好的线比较蓬松，在酸洗时候，氧化皮容易清洗干净。
(8)酸洗：浸泡式酸洗，酸液为工业盐酸制备，浓度调制20％。细拉后的线坯浸泡在调制好的酸液中，时间为17min，然后取出用清水清洗干净，然后自然风干。
(9)抛光层绕：将酸洗好的线坯经过单模拉丝机拉拔层绕到样品盘具上。
实施例2
一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：将70质量份电解铜板投入上引铸造炉熔化，熔化后，提升整体炉温至1240℃，然后根据元素含量要求，先投入7质量份电解镍板和6质量份铁板，进行第一步合金化，铁和镍熔化后，按照元素含量要求，投入10质量份电解锰和7质量份铝锭，进行第二部合金化，锰和铝熔化后，进行精炼，精炼时间2h。然后，温度降至1150℃，准备上引。
(2)上引连铸采用四头引铸，引速1000mm/min，节距5mm。
(3)剥皮：采用倒拉油拉机改造为铜剥皮机，固定模具剥皮方式，剥皮0.1mm，节距纹和表面缺陷全部去除。
(4)粗拉：将剥皮好的线坯在油拉机上进行粗拉。配模为：6.5—5.15—4.35(退火)—3.75—3.38——3.10(退火)；退火温度为750℃，退火时间为5.5h。
(5)中拉：将粗拉好的线坯在油拉机上进行中拉。3.10—2.85—2.57(退火)—2.32—2.19—2.01(退火)—1.81—1.50(退火)。退火温度为750℃，退火时间为5.5h。
(6)细拉：将中拉好的线坯在单模倒拉机上进行细拉。配模比1.50—1.35—1.23—1.17。
(7)收线：收线整齐，收好的线比较蓬松，在酸洗时候，氧化皮容易清洗干净。
(8)酸洗：浸泡式酸洗，酸液为工业盐酸制备，浓度调制18％。细拉后的线坯浸泡在调制好的酸液中，时间为15min，然后取出用清水清洗干净，然后自然风干。
(9)抛光层绕：将酸洗好的线坯经过单模拉丝机拉拔层绕到样品盘具上。
实施例3
一种新型铜合金熔敷材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)熔炼：将88质量份电解铜板投入上引铸造炉熔化，熔化后，提升整体炉温至1260℃，然后根据元素含量要求，先投入4质量份电解镍板和3质量份铁板，进行第一步合金化，铁和镍熔化后，按照元素含量要求，投入3质量份电解锰和2质量份铝锭，进行第二部合金化，锰和铝熔化后，进行精炼，精炼时间1h。然后，温度降至1170℃，准备上引。
(2)上引连铸采用四头引铸，引速1200mm/min，节距8mm。
(3)剥皮：采用倒拉油拉机改造为铜剥皮机，固定模具剥皮方式，剥皮0.2mm，节距纹和表面缺陷全部去除。
(4)粗拉：将剥皮好的线坯在油拉机上进行粗拉。配模为：6.5—5.15—4.35(退火)—3.75—3.38——3.10(退火)；退火温度为850℃，退火时间为3.5h。
(5)中拉：将粗拉好的线坯在油拉机上进行中拉。3.10—2.85—2.57(退火)—2.32—2.19—2.01(退火)—1.81—1.50(退火)。退火温度为850℃，退火时间为3.5h。
(6)细拉：将中拉好的线坯在单模倒拉机上进行细拉。配模比1.50—1.35—1.23—1.17。
(7)收线：收线整齐，收好的线比较蓬松，在酸洗时候，氧化皮容易清洗干净。
(8)酸洗：浸泡式酸洗，酸液为工业盐酸制备，浓度调制25％。细拉后的线坯浸泡在调制好的酸液中，时间为20min，然后取出用清水清洗干净，然后自然风干。
(9)抛光层绕：将酸洗好的线坯经过单模拉丝机拉拔层绕到样品盘具上。
测试例
对本发明实施例1-3制备的铜合金熔敷材料的表面堆焊硬度、盐雾腐蚀性能进行测试。
铜合金熔敷材料的表面堆焊硬度性能按照GB/T 231.1-2018布氏硬度测量执行标。
铜合金熔敷材料的盐雾腐蚀性能GBT2423.17-93盐雾腐蚀执行标准。
表1所示为最终测得铜合金熔敷材料的相关参数：
表1
试样 表面堆焊硬度(HBV) 盐雾腐蚀(h)
实施例1 187 83
实施例2 220 110
实施例3 175 72
由表1可以看出，本发明制备的铜合金熔敷材料表面堆焊硬度在175HBV以上，盐雾腐蚀在72h以上，送丝性能良好，产品质量明显高于其他同类产品。送丝性能良好，产品质量明显高于其他同类产品。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜熔融后，升温，加入镍和铁，进行第一步合金化；再加入锰和铝，进行第二步合金化，后经精炼、降温，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体进行上引连铸、剥皮得到线坯；所述上引连铸的引速为1000-1200mm/min，节距为5-8mm；
(3)将步骤(2)所述线坯依次进行粗拉、中拉、细拉、收线、酸洗、抛光，得到所述铜合金熔敷材料；所述粗拉的配模比为6.5-5.15-4.35-3.75-3.38-3.10，在配模比为4.35和3.10时分别进行退火处理；所述中拉的配模比为3.10-2.85-2.57-2.32-2.19-2.01-1.81-1.50，在配模比为2.57、2.01和1.50时分别进行退火处理；所述细拉的配模比为1.50-1.35-1.23-1.17。
2.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述升温后的温度为1240-1260℃。
3.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述精炼的时间为1-2h。
4.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述降温后的温度为1150-1170℃。
5.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述剥皮厚度为0.1-0.2mm。
6.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述退火的温度均为750-850℃。
7.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，退火的时间均为3.5-5.5h。
8.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述酸洗采用的是浓度为18-25％的盐酸溶液。
9.根据权利要求1所述的铜合金熔敷材料的制备方法，其特征在于：所述铜合金熔敷材料中原料组分及其质量百分比为镍4-7％、铁3-6％、锰3-10％、铝2-7％、杂质0-0.5％、余量为铜。
10.一种权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的铜合金熔敷材料。
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