一种高强度-塑性匹配的耐蚀Cu-Ni合金及其制备方法

本发明属于铜合金材料制备，具体涉及一种兼具高强度-塑性匹配性耐蚀cu-ni合金及其制备方法。

背景技术：

1、在海洋材料领域中，白铜cu-10ni（ｂ10）和cu-30ni（b30）合金应用最为广泛，由于这两种合金同时具有良好的耐腐蚀性能、导热性能和抗海洋生物污损性能，常用于各类舰船及潜艇制造中的海水管系、滨海电厂的热交换器装置及海水淡化工程中的冷凝器和散热器管等。

2、与b10合金相比，b30合金具有更高的强度和更优异的耐蚀性能，但由于其含镍量较高，大大提高了生产成本，很大程度上限制了其使用范围，往往只应用于一些对耐冲刷腐蚀性能要求较高的零部件。因此，为了更好的降低铜合金生产制造成本，急需找到一种性能优异且成本更低的铜合金来替代b30合金。

3、专利cn114196853a公开了一种抗变色耐磨铜合金及其制备方法，其铜合金由ni 4～8％，al 2～6％和si 0.15～0.5％，还包括in、nd、sn和la中的两种或两种以上，其中，in0.01～0.1％、nd 0 .01～0.05％、sn 0 .1～0.5％、la 0.01～0.05％，余量为cu：其制备方法为在真空感应炉中熔炼得到铸锭，后对铸锭进行均匀化、热轧、退火、冷轧和二次退火处理，其优点在于优异的抗变色、耐腐蚀、耐磨损性能，但其抗拉强度仅为300~450mpa，大大限制了其使用范围。专利cn113403500a公开了一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金及其制备方法和应用，主要用于高端眼镜配件制造，抗拉强度为580~921mpa，延伸率为3~31%，但该合金中ni含量占比高达35～45wt％，不仅增加了合金成本，同时也提高镍过敏风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金及其制备方法。通过对b10合金进行合金化和形变热处理，以获得一种高强度-塑性匹配的耐蚀白铜合金来替代b30合金，该铜合金材料生产制造成本低，抗拉强度高，塑性及耐蚀性好，能满足船用螺旋桨、冷凝管、造币及眼镜配件等应用条件，极大的扩展了其使用范围。

2、本发明是通过以下技术方案实现的。

3、本发明所述一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：ni 8%~10%，al 0.75%~1.5%，其余为cu及不可避免的杂质。

4、本发明所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，包括以下步骤。

5、（1）熔炼及浇铸：按照目标铜合金设计成分进行配料，置于高频感应熔炼炉中进行真空熔炼，真空状态为15pa ~30pa，并充入氩气作为保护气。待材料完全熔化浇铸于水冷模具中冷却得到cu-ni-al合金铸锭。

6、（2）均匀化处理；将步骤（1）中所得cu-ni-al合金铸锭置于电阻炉中，进行均匀化处理，均匀化处理温度为900℃~1250℃，保温时间为1h~2h。

7、（3）高温热轧：将步骤（2）中所得cu-ni-al合金进行多道次热轧，累积变形量为65%~85%，热轧温度为800℃~900℃随后空冷至室温，得到热轧后的cu-ni-al合金板。

8、（4）固溶处理：将步骤（3）中得到的cu-ni-al合金板在电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度为800℃~950℃，固溶时长为5h~9h，随后水淬并去除表面氧化层，得到固溶后的cu-ni-al合金板。

9、（5）累积轧制变形：将步骤（4）中得到的cu-ni-al合金板在室温下进行多道次轧制，累积变形量为65%~85%，得到轧制后的cu-ni-al合金板。

10、（6）时效处理：将步骤（5）中得到的cu-ni-al合金板放置于电阻炉中进行时效处理，时效处理温度为350℃~550℃，时效时长为1h~4h，得到高强塑耐蚀白铜合金。

11、本发明步骤（1）中所述真空状态优选为15pa。

12、本发明步骤（2）中所述均匀化处理温度优选为900℃，

13、本发明步骤（3）中所述热轧温度优选为900℃。

14、本发明步骤（4）中所述固溶处理温度优选为850℃，固溶时长优选为7.5h。

15、本发明步骤（6）中所述时效处理温度优选为450℃，时效时长优选为3h。

16、本发明的原理：本发明得到的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金，其强化机理主要是加工硬化和时效析出强化。在b10合金中添加微量的al元素，并结合轧制和时效处理可以显著的提升合金的强度并兼顾良好的塑性。cu和ni晶体结构相似，为正混合焓，因此两者之间可以无限互溶形成固溶体，导致cu晶格产生畸变，但晶格畸变会影响晶格势场的周期性，这使电子散射几率变大，进而导致电阻率升高，使得b10合金导电率低。当添加少量al之后，由于ni和al之间为负混合焓，经时效后易于形成ni3al金属间化合物析出，减少了ni在cu晶格中的固溶，在一定程度上提高了合金的导电率。

17、本发明中经时效后析出的ni3al与轧制变形后产生的位错之间相互纠缠，大大提升了合金的变形抗力，使得该铜合金强度显著提升。经实验发现，过量的al会抑制合金的再结晶，在本发明中严格控制al的添加量，因此，在经过时效处理后该合金仍可发生明显的回复和再结晶。由于再结晶晶粒的存在使晶界的面积比增大，使得该合金在强度提升的同时兼具良好的塑性。

18、本发明的有益效果：本发明通过对一般b10合金进行合金化处理，结合轧制变形和时效处理工艺，最终获得了一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金，其显微组织存在大量再结晶晶粒和位错密度，使得该白铜合金在获得高强度的同时兼顾优良的塑性。与此同时，采用的形变热处理工艺对晶粒形貌和合金元素分布进行了改善，提高了白铜合金的耐蚀性能，扩展了白铜合金的应用范围。

技术特征：

1.一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：ni 8%~10%，al 0.75%~1.5%，其余为cu及不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述真空状态为15pa。

4.根据权利要求2所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述均匀化处理温度为900℃。

5.根据权利要求2所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述热轧温度为900℃。

6.根据权利要求2所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述固溶处理温度为850℃，固溶时长为7.5h。

7.根据权利要求2所述的一种高强度-塑性匹配的耐蚀cu-ni合金的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述时效处理温度为450℃，时效时长为3h。

技术总结一种高强度‑塑性匹配的耐蚀Cu‑Ni合金及其制备方法，由以下质量百分比的成分组成：Ni 8%~10%，Al 0.75%~1.5%，其余为Cu及不可避免的杂质；制备方法包括：1）熔炼及浇铸；2）均匀化处理；3）高温热轧；4）固溶处理；5）累积轧制变形；6）时效处理。本发明通过对一般B10合金进行合金化处理，结合轧制变形和时效处理工艺，最终获得了一种高强度‑塑性匹配的耐蚀Cu‑Ni合金，显微组织显示其存在大量再结晶晶粒和位错密度，使得该白铜合金在获得高强度的同时兼顾优良的塑性，也提高了合金的导电率。与此同时，对合金晶粒形貌和合金元素分布进行了改善，提高了白铜合金的耐蚀性能，扩展了白铜合金的应用范围。技术研发人员：徐敬,黄佳伟,管博,胡强受保护的技术使用者：江西省科学院应用物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5