一种高强度耐磨铜合金的制作方法

本发明涉及合金领域，具体涉及一种高强度耐磨铜合金。

背景技术：

1、高性能铜合金是国民经济的重要材料。纯铜具有优良的导电性，但是它的抗拉强度，通常最高只能达到350mpa，不能满足高速发展的采矿设备、航空航天、电子工业、交通运输、国防工业等部门的需求。因此，需要研究开发高性能铜合金材料，满足不断发展的国民经济新需求。铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，具有良好的导电性、导热性、延展性和耐蚀性。高性能铜合金材料的研究主要集中在高强耐磨铜合金、高纯化铜和铜基复合材料等方面，发展方向是研发高强、高导、耐磨、耐蚀、低成本的高性能铜合金。

2、常用的铜合金包括黄铜、青铜、白铜。其中，白铜合金是指以铜镍合金为基加入铝形成的合金，铝白铜合金中ni的质量分数为5.5～15.0％，al的质量分数为1.2～3.0％。含铝cu-ni系白铜合金(cu-6ni-1.5al、cu-13ni-3al)，即铝白铜合金不仅仅具有优良的抗海洋生物附着能力和耐海水腐蚀性，还具有较高的强度和换热系数，常用于造船、电力、化工等工业部门中各种高强耐蚀件。这些铜合金由于铝和镍含量较高，其强度、耐磨性及抗高温热裂性能较差，大大的降低了部件使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高强度耐磨铜合金。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种高强度耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、合成硼化铁锰粉末：

5、称取九水合硝酸铁、四水合硝酸锰、硼氢化钠和碳酸铵充分混合，置于陶瓷坩埚内，经过微波处理后，粉碎过筛，得到硼化铁锰粉末；

6、步骤2、湿法研磨处理：

7、称取铜粉、铝粉、镍粉和硼化铁锰粉末作为金属混合物混合在湿式球磨机内，加入羧甲基纤维素的水溶液作为研磨介质，充分研磨后，干燥，得到金属球磨混合料；

8、步骤3、成型处理：

9、将金属球磨混合料加入至模具内，经过加压后成型，得到金属生坯料；

10、步骤4、高温烧结：

11、将金属生坯料置于高温炉内，烧结处理后，随炉自然冷却后，得到合金生坯料；

12、步骤5、后处理：

13、将合金生坯料经过退火和冷却处理后，得到高强度耐磨铜合金。

14、优选地，所述步骤1中，九水合硝酸铁、四水合硝酸锰、硼氢化钠和碳酸铵的质量比例是0.24-0.48:0.13-0.26:1.12-2.24:0.06-0.12。

15、优选地，所述步骤1中，微波处理的条件为：微波功率为500-1000w，微波处理时间是1.5-3.5min。

16、优选地，所述步骤1中，粉碎过筛的目数为200-300目。

17、优选地，所述步骤2中，铜粉、铝粉、镍粉均为纯度高于99.9%的高纯金属粉末，粒径均为100-150目。

18、优选地，所述步骤2中，铜粉、铝粉、镍粉和硼化铁锰粉末的质量比例是80.3-93.4:5.2-8.5:1.6-2.2:0.74-1.18。

19、优选地，所述步骤2中，羧甲基纤维素的水溶液的质量分数是1.5%-3.5%。

20、优选地，所述步骤2中，金属混合物与羧甲基纤维素的水溶液的质量比是1:0.3-0.7。

21、优选地，所述步骤2中，球磨是在钢球的作用下进行的，钢球的直径为20-30mm，钢球与金属混合物的质量比例是2-3:1。

22、优选地，所述步骤2中，球磨过程中使用惰性气体作为保护气，球磨的时间是8-12h，球磨速度是300-400r/min。

23、优选地，所述步骤2中，干燥是喷雾干燥。

24、优选地，所述步骤3中，模具提前预热至60-80℃，加压的压力为200-300mpa，加压的时间为1.5-2.5min。

25、优选地，所述步骤4中，烧结处理是在惰性气体的保护下进行的，烧结过程具体包括：先以5-6℃/min的速度升温至950-980℃，保温0.5-1h，再以3-4℃/min的速度升温至1080-1120℃，保温1-1.5h。

26、优选地，所述步骤5中，退火的温度是850-950℃，退火保温的时间是1-2h，退火结束后随炉自然冷却，降温至250℃后浸油冷却，油温是20-25℃。

27、第二方面，本发明提供一种高强度耐磨铜合金，采用上述制备方法制备得到。

28、第三方面，本发明提供一种高强度耐磨铜合金应用于掘锚机设备。

29、本发明的有益效果为：

30、1、本发明以现有的含铝cu-ni系白铜合金作为基础，对其原料以及制备过程进行了改进，从而制备得到了一种更高强度更耐磨的白铜合金，此外还提升了白铜合金的抗高温热裂性能。

31、2、本发明制备的白铜合金还是以铜、铝、镍作为主料，而将传统合金中的辅料铁和锰以合成的硼化铁锰替换。传统的白铜合金中由于铝和镍含量较高，硬度和强度会略显不足，而加入少量的锰和铁元素，能够一定程度提升其硬度和强度，但是会影响到铜合金的抗高温热裂性。而本发明将锰元素和铁元素经过混合硼化处理，作为硼化锰铁加入至铜合金内，这样不仅能够进一步细化晶粒，使得铜合金的强度和硬度进一步提升，而且还解决了抗高温热裂性不足的缺陷。

32、3、本发明在铜合金内加入的硼化铁锰，采用的是较为方便的微波合成法，即以铁盐和锰盐按照一定的比例混合，然后与硼源和铵源混合，在微波的作用下合成硼化铁锰。此外，本发明经过实验检测发现，相比较于硼化锰或硼化铁，本发明所制备的硼化铁锰在铜合金内具有更好的表现，特别是抗高温热裂性的表现。

技术特征：

1.一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，九水合硝酸铁、四水合硝酸锰、硼氢化钠和碳酸铵的质量比例是0.24-0.48:0.13-0.26:1.12-2.24:0.06-0.12。

3.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，铜粉、铝粉、镍粉均为纯度高于99.9%的高纯金属粉末，粒径均为100-150目；铜粉、铝粉、镍粉和硼化铁锰粉末的质量比例是80.3-93.4:5.2-8.5:1.6-2.2:0.74-1.18。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，羧甲基纤维素的水溶液的质量分数是1.5%-3.5%；金属混合物与羧甲基纤维素的水溶液的质量比是1:0.3-0.7。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，球磨是在钢球的作用下进行的，钢球的直径为20-30mm，钢球与金属混合物的质量比例是2-3:1；球磨过程中使用惰性气体作为保护气，球磨的时间是8-12h，球磨速度是300-400r/min。

6.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，模具提前预热至60-80℃，加压的压力为200-300mpa，加压的时间为1.5-2.5min。

7.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，烧结处理是在惰性气体的保护下进行的，烧结过程具体包括：先以5-6℃/min的速度升温至950-980℃，保温0.5-1h，再以3-4℃/min的速度升温至1080-1120℃，保温1-1.5h。

8.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，退火的温度是850-950℃，退火保温的时间是1-2h，退火结束后随炉自然冷却，降温至250℃后浸油冷却，油温是20-25℃。

9.一种高强度耐磨铜合金，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制备得到。

10.一种高强度耐磨铜合金的应用，其特征在于，权利要求9所述的高强度耐磨铜合金应用于掘锚机设备的制造。

技术总结本发明涉及一种高强度耐磨铜合金，其制备方法包括以下步骤：步骤1、合成硼化铁锰粉末：称取九水合硝酸铁、四水合硝酸锰、硼氢化钠和碳酸铵充分混合，置于陶瓷坩埚内，经过微波处理后，粉碎过筛，得到硼化铁锰粉末；步骤2、湿法研磨处理；步骤3、成型处理；步骤4、高温烧结；步骤5、后处理：将合金生坯料经过退火和冷却处理后，得到高强度耐磨铜合金。本发明以现有的含铝Cu‑Ni系白铜合金作为基础，对其原料以及制备过程进行了改进，从而制备得到了一种更高强度更耐磨的白铜合金，此外还提升了白铜合金的抗高温热裂性能。技术研发人员：杜帅,李兴华受保护的技术使用者：内蒙古必德工业技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5