專利名稱：鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法
技術領域：
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合微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法。
背景技術：
鎳鋁青銅具有極佳的耐腐蝕性能和摩擦學性能，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%，余量為雜質元素)來看，該合金尚未進行微合金化。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1580°C)等高熔點物相，對銅合金的后續(xù)凝固起到非均質形核作用，細化合金組織，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，對合金起強化作用，并阻止晶粒長大。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，強化合金，此外還對鋯(Zr)元素的燒損起到保護作用。到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產權的鋯和鍶復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海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺、海水管路系統、模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等機械零件的高速發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在鎳鋁青銅主要成分的基礎上，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)明的技術方案之一是
一種鋯和鍶復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)的質量百分比為O. 02、. 085%，鍶(Sr)的質量百分比為
O.018、. 063%，余量為鎳鋁青銅，各組份的質量百分比之和為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)的質量百分比為3. 0 6· 0%，鋁(Al)的質量百分比為7. (TlI. 0%，錳(Mn)的質量百分比為O. 5 4. 0%，鋅(Zn)的質量百分比為￡1. 0%,鐵(Fe)的質量百分比為2. (Γ6. 0%,余量為銅(Cu)和少量雜質元素，各組份的質量百分比之和為100%。本發(fā)明的技術方案之二是
一種鋯和鍶復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)，接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。所述的Al-Sr中間合金中Sr的質量百分比為8. 901% 10. 879%，Al-Zr中間合金中Zr的質量百分比為3. 699% 4. 521%。所述的Al-Sr中間合金中Sr的最佳質量百分比為9. 89%, Al-Zr中間合金中Zr的最佳質量百分比為4. 11%。本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅，具有組織晶粒細小、硬度高、抗腐蝕性好、摩擦系數低等特點。如本發(fā)明鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅(以實施例一為例)，其硬度(HV)為216. 025HV,比常規(guī)鎳鋁青銅(以對比例一為例)的硬度212. 125 HV提高了 1.8% ；再如，按國標GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02353 mm/a (以實施例一為例)，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對比例一為例) 的均勻腐蝕速率O. 02424 mm/a降低了 3. 0%。(2)本發(fā)明鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅(以實施例一為例)，在高頻往復摩擦磨損試驗機上(頻率20Hz，載荷IN，時間lOmin，沖程O. 8^1mm,摩擦對偶件為直徑4 mm的Si3N4球)的干摩擦系數為O. 0245，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對比例一為例)的干摩擦系數O. 0272降低了 9. 93% ;在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0232 (以實施例一為例)，比常規(guī)鎳鋁青銅(以對比例一為例)的濕摩擦系數O. 0251降低了 13. 6%，摩擦系數大幅降低。(3)本發(fā)明通過大量的試驗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合微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，一定程度上打破了國外對高性能鎳鋁青銅的技術封鎖，可滿足我國大型艦船螺旋槳、水泵、閥門、海水淡化設備等領域的需求。


圖I是本發(fā)明實施例一的鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅金相組織。圖2是本發(fā)明對比例一的常規(guī)鎳鋁青銅金相組織。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一 如圖I所示。一種鋯和鍶復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，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，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上購置，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)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為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元素。本實施例的鎳鋁青銅組織細小(圖1)，其硬度(HV)為216. 025HV，按國標GB10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02353 mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時，在空氣中的干摩擦系數為O. 0245，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0232。 實施例二。一種鋯和鍶復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，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，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上購置，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),接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為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元素。實施例三。一種鋯和鍶復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，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，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上購置，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)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f 5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為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元素。
實施例四。一種鋯和鍶復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，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，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上購置，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)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠； 即獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為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元素。實施例二 四的復合微合金化后的鎳鋁青銅的金相組成與實施例一相近似，也相有組織細小，硬度和耐腐蝕性明顯優(yōu)于未進行鈧鍶合金化的鎳鋁青銅。對比例一。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)，接著通入高純氮氣精煉3min ;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。本對比例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 54% Ni,8. 84%A1,1.20% Mn，
5.05% Fe,O. 44%Zn，余量為銅和少量雜質元素。本對比例的鎳鋁青銅組織粗大(圖2)，其硬度(HV)為212. 125HV，按國標GB10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02424 mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時，在空氣中的干摩擦系數為O. 0272，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0251。以上僅列出了幾個常見鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅的配比及制造方法，本領域的技術人員可以根據上述實施例，適當地調整各組份的配比并嚴格按上述步驟進行制造，即可獲得理想的鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。本發(fā)明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種鋯和鍶復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)的質量百分比為O. 02、. 085%，鍶(Sr)的質量百分比為O.018 O. 063%，余量為鎳鋁青銅，各組份的質量百分比之和為100%。
2.根據權利要求I所述的鋯和鍶復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),接著通入高純氮氣精煉； 最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠； 即可獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中Sr的質量百分比為8. 901% 10. 879%, Al-Zr中間合金中Zr的質量百分比為3. 699% 4. 521%。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中Sr的質量百分比為最佳9. 89%，Al-Zr中間合金中Zr的最佳質量百分比為4. 11%。
全文摘要
一種鋯和鍶復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)(質量百分比為0.02~0.085%)和鍶(Sr)(質量百分比為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)，接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鋯和鍶復合微合金化的鎳鋁青銅。與常規(guī)鎳鋁青銅相比，本發(fā)明的具有組織細小，硬度和抗腐蝕性提高，摩擦系數顯著下降，在海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺、海水管路系統、機械模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C22C1/03GK102899523SQ20121041896
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者何峰明, 何峰林, 丁志紅, 許曉靜, 潘勵, 陳樹東, 王宏宇, 楚滿軍 申請人:鎮(zhèn)江金葉螺旋槳有限公司