本發(fā)明涉及鋁青銅材料，具體是涉及一種通過微合金化改善鋁青銅材料開裂傾向的方法。

背景技術(shù)：

1、cu-al系列合金是一類廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的銅基合金，它們通常通過固溶強化和時效處理來提高其機械性能。固溶強化的原理是當(dāng)鋁青銅加熱到高溫并保溫一段時間后，合金元素將溶入銅基體中，此時快速冷卻，合金元素因不能析出形成固溶體而引起銅晶格點陣畸變，形成應(yīng)力場，合金產(chǎn)生形變時，位錯周圍的彈性應(yīng)力場與合金元素形成的應(yīng)力場交互作用，提高了位錯運動的摩擦阻力，從而產(chǎn)生固溶強化效應(yīng)。此外，溶入銅基體中的帶電溶質(zhì)原子與位錯所產(chǎn)生的靜電交互作用，對位錯運動產(chǎn)生阻礙；另外，位錯運動使固溶體中以短程有序或偏聚形態(tài)的合金元素的分布情況發(fā)生變化，系統(tǒng)總體能量升高，滑移所需的形變阻力增大。

2、彌散強化是材料科學(xué)中一種重要的金屬強化機制，固溶后形成的過飽和固溶體其狀態(tài)是不穩(wěn)定的，合金進行時效處理時，固溶進基體的鋁青銅固溶和二級時效新型熱處理工藝試驗研究材料將發(fā)生脫溶并形成第二相粒子，位錯將繞過第二相粒子繼續(xù)運動，并在粒子周圍留下一個位錯環(huán)，從而使材料強化。

3、然而現(xiàn)有常見的cu-al系列合金產(chǎn)品在后期使用時容易發(fā)生開裂等失效事故，在保證鋁青銅材料強度的同時，如何使鋁青銅材料表面不開裂仍是目前待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種通過微合金化改善鋁青銅材料開裂傾向的方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種通過微合金化改善鋁青銅材料開裂傾向的方法，包括以下步驟：s1、真空感應(yīng)熔煉

3、按質(zhì)量百分比計，將27～42％的cu-al中介合金、0.1～0.18％的fe塊、0～0.2％的ni塊、0.1～0.18％的mn塊、0～0.2％的re以及余量的電解cu板破碎研磨后混合均勻，得到原材料粉末；在1100～1400℃的溫度條件下對所述原材料粉末進行真空感應(yīng)熔煉，熔煉時間為50～70min，得到銅鋁復(fù)合合金坯；

4、s2、熱擠壓處理

5、將銅鋁復(fù)合合金坯在850～950℃的溫度下進行熱擠壓，最大擠壓壓力為2400～2600t，擠壓完成后自然冷卻，得到銅鋁復(fù)合合金型材；

6、s3、冷拉拔處理

7、將銅鋁復(fù)合合金型材在常溫下進行冷拉拔處理，所述冷拉拔處理的變形量為15～25％；

8、s4、去應(yīng)力退火

9、對冷拉拔后的銅鋁復(fù)合合金型材進行去應(yīng)力退火，退火溫度為380～420℃，退火時間為2～4h。

10、說明：通過添加fe、ni、mn、re這些元素使鋁青銅材料微合金化，可以顯著提高鋁青銅材料的強度、硬度和耐腐蝕性；這些元素的加入能夠形成細小的第二相粒子，增強基體，同時改善材料的塑性和韌性，減少開裂傾向；通過控制變形量在15～25％，可以在不破壞材料結(jié)構(gòu)的情況下，提高其強度，同時保持一定的塑性；適當(dāng)?shù)睦渥冃瘟靠梢哉T發(fā)加工硬化，進一步提升材料的抗拉強度和屈服強度；通過控制退火溫度和時間在380～420℃，2～4h，可以有效消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止材料變形，穩(wěn)定尺寸，同時恢復(fù)一定的塑性，減少開裂傾向；

11、通過彌散強化機制不僅提高了材料的強度，還保持了良好的塑性和韌性，這是因為細小的第二相粒子在提高材料強度的同時，不會顯著增加脆性，這使得材料在承受高應(yīng)力時仍能保持一定的變形能力。

12、進一步地，s1所述cu-al中介合金中al含量占cu-al中介合金總質(zhì)量的20～30％。

13、說明：合適比例的al可以改善銅合金的加工性能，有助于在制造過程中減少裂紋和斷裂的風(fēng)險，提高成品率；al的加入可以調(diào)整合金的熱膨脹系數(shù)，使其更接近于某些特定應(yīng)用的要求，這對于溫度變化較大的環(huán)境中非常有益。

14、進一步地，s1所述原材料粉末還包括占原材料粉末總質(zhì)量1～3％的增韌材料；

15、所述增韌材料的制備方法為：將二氧化鈦、氧化釔、氧化鋯和硅酸鈣粉末按4：1～3:0.8～1:2～3的質(zhì)量比例球磨混合，得到金屬混粉；將金屬混粉在氬氣環(huán)境下導(dǎo)入電阻爐進行初煅燒，隨爐冷卻后得到煅燒粉末；將煅燒粉末與脫水木炭顆粒以質(zhì)量比1：1～1.5進行混合，然后加入占煅燒粉末質(zhì)量比20～30％的無水乙醇，使用球磨機濕磨均勻；隨后放入烘干箱中，在80～100℃下烘干，得到氧化物料；將氧化物料進行再煅燒，冷卻后放入質(zhì)量濃度為5～15％的稀鹽酸中浸泡除雜，用去離子水清洗，在60～80℃下烘干；將烘干后的氧化物料進行表面處理，得到增韌材料。

16、說明：將二氧化鈦、氧化釔、氧化鋯和硅酸鈣粉末作為增韌材料原料，能夠有效提高合金的斷裂韌性，減少裂紋的擴展，提高材料的抗沖擊性能；這些材料在合金中形成細小的顆粒或纖維狀增強相，能夠阻止裂紋的進一步擴展，提高合金整體的韌性；二氧化鈦的加入可以增強合金的穩(wěn)定性和耐磨性并提高耐腐蝕性能，氧化釔和氧化鋯具有良好的高溫穩(wěn)定性，能夠提高合金在高溫下的強度和抗氧化性能，對于需要在高溫環(huán)境下工作的部件尤其重要；增韌材料的添加有助于細化合金的晶粒，優(yōu)化合金的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高合金的綜合性能，包括強度、塑性和耐磨性；氧化釔、氧化鋯和硅酸鈣的加入可以形成致密的氧化膜，提高合金表面的耐蝕性和抗氧化性，延長合金的使用壽命；細小的增韌材料顆?？梢愿纳坪辖鸬那邢餍院统尚托?，減少加工過程中的磨損和裂紋產(chǎn)生，提高生產(chǎn)效率；初煅燒有助于優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，如細化晶粒，減少缺陷，為后續(xù)加工步驟，如濕磨和再煅燒提供更易于處理的粉末；再煅燒有助于進一步優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，減少缺陷，提高材料的硬度、韌性等性能，這對于增強材料的抗裂紋擴展能力尤為重要。

17、進一步地，所述氧化釔粉末的粒度為60～100nm，氧化鋯粉末的粒度為20～80nm，硅酸鈣粉末的粒度為1～10μm。

18、說明：納米級別的氧化釔和氧化鋯粉末具有較大的比表面積，這有助于在合金基體中更均勻地分散，減少團聚現(xiàn)象，提高材料的微觀均勻性；納米級粉末與微米級別的硅酸鈣粉末的結(jié)合，可以形成良好的界面效應(yīng)，增強不同成分之間的結(jié)合力，提高復(fù)合材料的整體強度和韌性，可以促進材料的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化，細化晶粒，形成更致密的結(jié)構(gòu)，從而提高材料的硬度、強度和耐磨性；納米級粉末的加入可以改善合金的流動性，減少加工過程中的裂紋和缺陷，提高材料的可加工性。

19、進一步地，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速為70～90r/min，球料比為4～6:1，球磨時間為4～6h。

20、說明：通過球磨細化物料，可以增加其比表面積，提高物料的反應(yīng)活性，有利于后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)或物理加工過程；控制球磨工藝參數(shù)可以使物料高效細化并均勻混合，顯著縮短加工過程中的反應(yīng)時間，提高生產(chǎn)效率。

21、進一步地，所述初煅燒溫度為1100～1300℃，初煅燒時間為70～90min；所述再煅燒的煅燒溫度為1100～1150℃，煅燒時間為50～70min。

22、說明：在1100～1300℃的初煅燒高溫下，氧化釔、氧化鋯和硅酸鈣等原料能夠充分反應(yīng)，形成所需的固溶體或復(fù)合相，提高材料的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；對于氧化鋯，這一溫度范圍有助于從單斜相向更穩(wěn)定的四方相或立方相轉(zhuǎn)變，增強材料的韌性；在高溫下，任何殘留的水分或揮發(fā)性雜質(zhì)會被完全排除，確保材料的純度；控制煅燒時間和溫度有助于細化晶粒，優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，減少缺陷，提高材料的強度和韌性。

23、再煅燒過程在略低的溫度下進行，可以進一步鞏固和優(yōu)化在初煅燒中形成的晶相，提高材料的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；與初煅燒相比，較低一點的溫度和較短的時間可以有效控制晶粒的長大，防止晶粒過度長大導(dǎo)致材料性能下降；再煅燒有助于進一步優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，如減少孔隙率，提高材料的致密度，從而提高材料的力學(xué)性能；再煅燒后的材料表面更清潔，有助于后續(xù)的表面處理，提高與合金基體粉末的結(jié)合力。

24、進一步地，所述表面處理的方法為：將烘干后的氧化物料浸泡在處理液中反應(yīng)30～50min，反應(yīng)溫度為50～60℃；然后撈出，用去離子水清洗后烘干，最后再放入電阻爐中進行次煅燒，隨爐冷卻，所述煅燒時間為2～3h，煅燒溫度為1100～1150℃。

25、說明：通過在特定的處理液中反應(yīng)，可以去除氧化物料表面的雜質(zhì)，生成具有高活性的表面結(jié)構(gòu)，對于復(fù)合材料或涂層材料，表面處理可以增強基體與涂層或增強相之間的界面結(jié)合力，從而提高材料的整體性能，如強度和韌性；高溫次煅燒可以提高材料的熱穩(wěn)定性，使其在高溫環(huán)境下仍能保持良好的性能；表面處理后的材料具有更均勻的性質(zhì)，可以減少后續(xù)加工過程中的裂紋和變形。

26、進一步地，所述處理液的組成成分為：8～14g/l的硫酸銅、9～11g/l的檸檬酸鈉、7～13g/l的乙二胺四乙酸鈉、5～15ml/l的丙酮、0.4～0.8mg/l的二硫代氨基甲酸鹽、10～15mg/l的氯化亞鐵、8～10mg/l的1,10-菲啰啉、0.5～2ml/l的丙二醇以及0.1～2ml/l的甘油的混合水溶液；所述丙酮的純度為99.5～99.9％。

27、說明：硫酸銅和氯化亞鐵作為氧化劑，可以去除金屬表面的氧化層，促進金屬表面的活化，提高其與其它成分的反應(yīng)性；1,10-菲啰啉作為絡(luò)合劑，有助于進一步清潔和穩(wěn)定金屬表面；檸檬酸鈉和乙二胺四乙酸鈉作為絡(luò)合劑，可以控制金屬離子的沉積速率，避免沉積過快導(dǎo)致的不均勻性，確保沉積層的均勻性和質(zhì)量；丙酮可以減少雜質(zhì)的干擾，確保沉積過程的純凈度，丙酮還具有良好的溶解性和揮發(fā)性，有助于控制沉積層的厚度和性質(zhì)；二硫代氨基甲酸鹽可以增強沉積層與基體的附著力，提高沉積層的穩(wěn)定性和耐磨性；丙二醇和甘油作為添加劑，可以改善沉積層的致密度和均勻性，減少孔隙率，提高沉積層的致密性和防腐性能。

28、進一步地，s3所述銅鋁復(fù)合合金型材進行冷變形之前，在其表面均勻涂抹占銅鋁復(fù)合合金型材質(zhì)量5～10％的混合液，所述混合液為聚α-烯烴和鋅二硫化物以質(zhì)量比2～5：1混合組成。

29、說明：將極壓添加劑鋅二硫化物按比例添加到聚α-烯烴油中，以提高潤滑度，減少拉拔過程中產(chǎn)生的摩擦和熱量，這有助于防止材料開裂，確保拉拔過程的順利進行，同時也能提高成品的表面質(zhì)量和機械性能。

30、本發(fā)明的有益效果是：

31、本發(fā)明通過微合金化，添加fe、ni、mn、re元素，可以顯著提高鋁青銅材料的強度、硬度和耐腐蝕性，添加增韌材料，形成細小的第二相粒子，增強基體，同時改善材料的塑性和韌性，減少開裂傾向；在真空感應(yīng)熔煉過程中，高溫條件有助于元素的均勻分布，形成更加均勻的合金組織；熱擠壓處理可以進一步優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，通過控制擠壓溫度和壓力，使材料的晶粒細化，提高其力學(xué)性能；冷拉拔處理在常溫下進行，通過控制變形量，可以在不破壞材料結(jié)構(gòu)的情況下，提高其強度，同時保持一定的塑性；適當(dāng)?shù)睦渥冃瘟靠梢哉T發(fā)加工硬化，進一步提升材料的抗拉強度和屈服強度；去應(yīng)力退火是在冷拉拔后進行的熱處理過程，通過控制退火溫度和時間，可以有效消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止材料變形，穩(wěn)定尺寸，同時恢復(fù)一定的塑性，減少開裂傾向。