專利名稱：：銅合金、銅合金的制備方法、銅管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及有色金屬材料，尤其涉及一種銅合金、銅合金的制備方法、銅管。
背景技術(shù)：
：空調(diào)制冷用銅管(簡稱空調(diào)管)是專門用于諸如空調(diào)器等制冷系統(tǒng)熱交換器的管材，這種管材包括光面管和帶有不同內(nèi)外表面形狀的管材，如內(nèi)螺紋管、翅片管等?，F(xiàn)有空調(diào)制冷用銅管的材料為磷脫氧銅，其軟態(tài)常溫下抗拉強(qiáng)度在205N255MP，其包含兩個(gè)牌號(hào)TP,、TP2,各個(gè)組分的組成"t要重量百分比計(jì)分別為TP,含銅Ci^99.9%，含磷P0.0040.012%;TPz含Cu299.90/0,含磷為0.0150.040%。在這兩種磷脫氧銅中，Sn元素含量均在0.005%以下，Zn元素含量在0.001%以下。該兩個(gè)牌號(hào)的磷脫氧銅雖然具有良好的韌性、焊接性能、一定的強(qiáng)度、致密度以及耐蝕性；但是，鑒于以下三個(gè)原因其一目前，空調(diào)制冷行業(yè)用管材正向小克重、薄壁化節(jié)約材料方向發(fā)展；管壁越薄，其耐壓力越小，由此將導(dǎo)致采用該管材的設(shè)備的使用壽命及可靠性的降低。其二環(huán)保型高壓制冷劑開發(fā)應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)用傳熱管材的耐壓能力提出了更高要求；例如，在家用空調(diào)行業(yè)，目前普遍使用的制冷劑是HCFC-R22，它作為制冷劑已應(yīng)用了幾十年，對(duì)臭氧層有一定破壞作用，相比之下，環(huán)保型的新冷媒R407c、R410a對(duì)臭氧層的破壞率則為零，而且制冷、制熱效率高，被國際制冷界認(rèn)為是目前家用空調(diào)的最佳冷媒。而且這種新冷媒也易于實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的小型化，在一定程度上也節(jié)約了材料和制造費(fèi)用。但是，對(duì)環(huán)保型的新冷i某R4(Hc、R410a而言，制冷系統(tǒng)的高壓為3.0MP，低壓為1.2MP，而在同樣的情況下，該壓力為傳統(tǒng)型的"老冷媒"R22的1.5倍。其三近年來，由于人類對(duì)于大氣污染的關(guān)注越來越強(qiáng)烈，對(duì)制冷劑的環(huán)境污染指標(biāo)要求越來越高，這使得，空調(diào)中常用得制冷劑的使用受到極大得限制，采用無公害制冷劑得呼聲越來越高。因此尋找一種對(duì)大氣無污染，并且熱力學(xué)性質(zhì)又滿足要求得制冷劑工質(zhì)的任務(wù)就顯得相當(dāng)緊迫。在所考察的各種制冷劑工質(zhì)中，co2由于其得天獨(dú)厚的條件就成為汽車空調(diào)制冷劑替代工質(zhì)的首選。但是，C02作為空調(diào)制冷劑的一大缺點(diǎn)是，系統(tǒng)必須在很大的壓力下才能工作——比傳統(tǒng)系統(tǒng)高5倍，而在高壓下操作顯然對(duì)空調(diào)管的耐壓力提出了挑戰(zhàn)。綜上所述，隨著薄壁、新冷j泉以及天然工質(zhì)的出現(xiàn)對(duì)空調(diào)管的耐壓力提出了更高的要求，但是由于制備現(xiàn)有磷脫氧銅制備的空調(diào)管，其本身耐壓力過低，從而導(dǎo)致以其為材料制備的管材不能很好的滿足空調(diào)業(yè)的使用需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高耐壓能力的銅合金材料，基于該銅合金材料制成的銅管，可以克服磷脫氧銅管耐壓力過低的缺陷。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種銅合金，所述銅合金中，含有微量元素與磷脫氧銅成的a固溶體，所述樣i量元素至少包括錫。優(yōu)選地，所述錫占所述銅合金總重量的百分比為0.1~2.0%。優(yōu)選地，所述微量元素還包含鋅，所述鋅占所述銅合金總重量的百分比為0.05~1.0%。另一方面，本發(fā)明公開了一種銅合金的制備方法，包含如下步驟預(yù)加熱至少包括錫的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；將所述微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中；在所述微量元素均勻分布后，進(jìn)行鑄造、冷卻，以形成含有a固溶體的銅合金。優(yōu)選地，所述將微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中進(jìn)一步為將總重量百分比為0.1~2.0%的錫添加至熔化的磷脫氧銅溶液中。優(yōu)選地，所述微量元素還包括鋅，所述將微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中進(jìn)一步還包括將總重量百分比為0.05~1.0%的鋅添加至熔化的磷脫氧銅溶液中。另一方面，本發(fā)明公開了一種銅管，所述銅合金包含有微量元素與磷脫氧銅形成的(X固溶體，所述微量元素至少包括錫。優(yōu)選地，所述錫占所述銅合金總重量的百分比為0.1~2.0%。優(yōu)選地，所述微量元素還包含鋅，所述鋅占所述銅合金總重量的百分比為0.05~1.0%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明提供的銅合金中，由于包含有微量元素錫與磷脫氧銅形成的oc固溶體，通過固溶強(qiáng)化作用，增強(qiáng)銅合金的抗拉強(qiáng)度，從而，使采用這種合金的銅管的耐壓力有很大的提高。圖1是根據(jù)本發(fā)明銅合金制備方法實(shí)施例的步驟流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明銅合金制備方法實(shí)施例的詳細(xì)步驟流程圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明利用微合金化原理，以磷脫氧銅為基體，通過添加適量微量元素，使之在基體中形成ct固溶體，通過固溶強(qiáng)化作用，增強(qiáng)銅合金的抗拉強(qiáng)度，從而，使采用這種合金的銅管的耐壓力有很大的提高。在磷脫氧銅中加入錫(Sn)元素，通過固溶強(qiáng)化，有效的改善合金的力學(xué)性能，但如果Sn的總重量百分比低于O.P/。，固溶強(qiáng)化的效果與現(xiàn)有技術(shù)相比沒有優(yōu)勢，但如果超過2.0%,制備的材料抗拉強(qiáng)度雖然得到了增強(qiáng)，但是，該材料的屬性卻給空調(diào)管材的加工帶來了很大的難度，亦即不適合采用這樣的配比來制備管材，因此，綜合考慮和比較，本發(fā)明確定Sn元素的重量百分比含量為0.1~2.0%。在磷脫氧銅中加入鋅(Zn)元素，可以進(jìn)一步進(jìn)行固溶強(qiáng)化，改善合金的力學(xué)性能，并且，加入Zn元素，還具有細(xì)化晶粒的作用，這樣，也可以使材料的力學(xué)性能得到改善。若Sn的含量為0.1。/。，加入的Zn的含量應(yīng)為1.0%，若Sn的含量為2.0%，加入的Zn的含量應(yīng)為0.05%,也就是說，在所加入的錫的百分比含量控制在0.1~2.0%的范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)加入含量為0.05~1.0%范圍的鋅，相對(duì)于只添加錫元素，都能夠在起到合金改善性能的作用。下面，將具體描述本發(fā)明銅合金的不同的實(shí)施例。實(shí)施例一一種銅合金，包含按重量百分比為0.01-2.0%的Sn元素的磷脫氧銅合金，元素Sn在所述磷脫氧銅基體中形成oc固溶體。通過以磷脫氧銅為基體溶劑，根據(jù)鑄造爐容量，添加0.1~2.0%溶質(zhì)金屬Sn,使溶質(zhì)元素固溶在基體中，使銅合金化，由于晶體間變形阻力增加，最終產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的效果。為了進(jìn)一步改善銅合金的力學(xué)性能，還可以通過磷脫氧銅原材料來進(jìn)一步控制其他元素的含量0.004%以下的S，0.004%以下的O，0.01~0.05%之間的P，其余是Cu和雜質(zhì)，進(jìn)一步地，可以控制雜質(zhì)中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%。在這里，需要說明的是，Zn或Sn元素在銅合金中，與銅形成a固溶體，并不存在單質(zhì)形態(tài)的Zn或者Sn了，但是可以通過檢測的方法，測得其中的鋅或錫的含量。經(jīng)測試，本發(fā)明所提供的銅合金制成的空調(diào)管材抗拉強(qiáng)度均大于260MPa,延伸率40%以上，平均晶粒尺寸在0.0150.035mm之間，而磷脫氧銅制成的管材的抗拉強(qiáng)度在230-240MPa。經(jīng)過批壹實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使用本發(fā)明所提供的銅合金所制成的相同規(guī)格的管材，其耐壓值明顯高于磷脫氧銅的耐壓值。并且，使用本發(fā)明所提供的銅合金制成的管材，相對(duì)于磷脫氧銅管制成的管材，在滿足正常的工作壓力的前提下，管壁可以減薄15%以上，節(jié)材效果十分明顯。下面給出按照重量百分比為0.1~2.0%的Sn,0.004%以下的S，0.004%以下的O,0.010.05。/o之間的P，其余是Cu和雜質(zhì)，其中，F(xiàn)e、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%的配方，制備的銅合金管。在室溫下(20。C左右)檢測的軟態(tài)(經(jīng)過退火后)試樣，其抗拉強(qiáng)度如下表所示含錫量(總重量百分比)抗拉強(qiáng)度MPa0,1%2600.45%2702.0%290從上表可以看出，在室溫下(2crc左右)檢測的軟態(tài)(經(jīng)過退火后)銅合金管材試樣，其抗拉強(qiáng)度均大于260MPa。而相同條件下，磷脫氧銅管材的抗拉強(qiáng)度只有205~255MPa。銅合金管材抗拉強(qiáng)度的提高了，其對(duì)應(yīng)的耐壓力也隨之提高。下表給出的是:含錫量控制在0.1~2.0%的Sn,直徑7mm,壁厚均為0.24mm的銅合金管、磷脫氧銅管在室溫下(20。C左右)檢測的軟態(tài)(經(jīng)過退火后)試樣的多個(gè)參數(shù)值，通過下表,可以清楚的看出，以本發(fā)明銅合金制備銅管，其力學(xué)性能相比于磷脫氧銅管的優(yōu)勢。這里，需要著重解釋一下爆破壓力/抗拉強(qiáng)度的指標(biāo)，其理解為在相同的抗拉強(qiáng)度條件下，管材所能承受的破壞力，數(shù)值越大說明耐壓能力越強(qiáng)。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上表可以看出1、對(duì)于指標(biāo)抗拉強(qiáng)度，本發(fā)明所提供的銅合金管所能承受的抗拉強(qiáng)度明顯高于同規(guī)格的磷脫氧銅管。2、對(duì)于指標(biāo)爆破壓力，本發(fā)明所提供的銅合金管所能承受的爆破壓力明顯高于同規(guī)格的磷脫氧銅管。3、對(duì)于指標(biāo)爆破壓力/抗拉強(qiáng)度，在相同的抗拉強(qiáng)度條件下，本發(fā)明所提供的銅合金管所能承受的破壞力明顯高于同規(guī)格的磷脫氧銅管。因此，對(duì)于同規(guī)格的銅合金管和磷脫氧銅管，前者的耐壓力高于后者。實(shí)施例二一種銅合金，包含按重量百分比為0.1~2.0%的Sn元素、按重量百分比為0.05~1.0%Zn元素，元素Sn在所述磷脫氧銅基體中形成a固溶體，元素Zn在所述磷脫氧銅基體中形成a固溶體。為了進(jìn)一步改善銅合金的力學(xué)性能，還可以進(jìn)一步控制其他元素的含量0.004以下的S,0.004%以下的0，0.010.05。/。之間的P，其余是Cu和雜質(zhì)，進(jìn)一步地，可以控制雜質(zhì)中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%。按照重量百分比為0.01~2.0%的Sn,0.05~1.0%Zn,0.004%以下的S,0.004%以下的O，0.01~0.05%之間的P,其余是Cu和雜質(zhì)，其中，F(xiàn)e、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%的配方，制成7mm銅管，在室溫下(20。C左右)檢測的軟態(tài)銅管(經(jīng)過退火后)試樣，其抗拉強(qiáng)度如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從上表可以看出，在室溫下(20。C左右)檢測的軟態(tài)銅管(經(jīng)過退火后)試樣，其抗拉強(qiáng)度均大于265MPa，而相同條件下，磷脫氧銅制備的銅管的抗拉強(qiáng)度只有205~255MPa。銅合金制備的銅管抗拉強(qiáng)度的提高了，其對(duì)應(yīng)的耐壓力也隨之提高。銅合金制備方法實(shí)施例參照?qǐng)Dl,本發(fā)明還提出了一種銅合金的制備方法，包括如下步驟步驟101:預(yù)加熱至少包括錫的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；步驟102:將所述微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中；步驟103:在所述微量元素均勻分布后，進(jìn)行鑄造、冷卻，以形成含有ct固溶體的銅合金。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，錫在銅合金中的總重量百分比可以控制在0.1~2.0%,如果Sn的總重量百分比低于0.1%，固溶強(qiáng)化的效果與現(xiàn)有技術(shù)相比沒有優(yōu)勢，但如果超過2.0%，但如果超過2.0%,制備的材料抗拉強(qiáng)度雖然得到了增強(qiáng)，但是，該材料的屬性卻給空調(diào)管材的加工帶來了很大的難度，亦即不適合采用這樣的配比來制備管材，因此，綜合考慮和比較，本發(fā)明確定Sn元素的重量百分比含量為0.1-2.0%。進(jìn)一步地，在熔化的銅液體中，加入Zn元素，可以進(jìn)一步進(jìn)行固溶強(qiáng)化，改善合金的力學(xué)性能，并且，加入Zn元素，還具有細(xì)化晶粒的作用，這樣，也可以使材料的力學(xué)性能得到改善。經(jīng)試驗(yàn)，本發(fā)明確定Zn元素的重量百分比含量為0.05~1.0%。若Sn的含量為0.10/0,加入的Zn的含量應(yīng)為1.0%;若Sn的含量為2.0%,加入的Zn的含量應(yīng)為0.05%;也就是說，在所加入的錫的百分比含量控制在0.1~2.0%的范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)加入含量為0.05~1.0%范圍的鋅，相對(duì)于只添加錫元素，都能夠在起到合金改善性能的作用。為了進(jìn)一步改善銅合金的力學(xué)性能，還可以進(jìn)一步控制其他元素的含量0.004%以下的S，0.004%以下的O,0.01~0.05%之間的P，其余是Cu和雜質(zhì)，進(jìn)一步地，可以控制雜質(zhì)中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%。以下結(jié)合一實(shí)例，具體說明該本發(fā)明所提供銅合金的制備方法，該待制備銅合金各種成分的重量百分比含量為0.45%的Sn，0.004Q/。以下的S，0.004%以下的0,0.01~0.05%之間的P，并且，F(xiàn)e、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比總和不超過0.06%。在選取符合雜質(zhì)含量的原料一一磷脫氧銅后，具體可以這樣實(shí)施，參照?qǐng)D2，包括如下步驟步驟201:將微量元素錫預(yù)加熱，以去除水分；步驟202:確定需要向鑄造爐中加入的微量元素錫或者(錫、鋅)元素的重量；以及磷脫氧銅的重量；例如，若鑄造爐的容量為V,則根據(jù)該容量V確定待制備的銅合金的總重量M,若待制備合金中僅添加金屬錫，且含錫0.45%,則確定向鑄造爐中添加Mx0.45。/。的錫，而M-Mx0.45。/。的磷脫氧銅的重量。步驟203:將所需重量的金屬錫一次性送入盛放有所需重量液態(tài)磷脫氧銅的鑄造爐中；之所以將金屬錫一次性送入爐鑄造爐底，主要原因是待加入的微量元素Sn或Zn密度較低；Sn或Zn的熔點(diǎn)低，極易熔化，熔化時(shí)間由Sn(其他的實(shí)施例中還可以包括Zn)的形狀及大小定；步驟204:攪拌，使銅液里的微量元素Sn均勻化；步驟205:用水平連鑄或其它方法鑄造成空心鑄坯或?qū)嵭蔫T錠步驟206:將空心鑄坯或?qū)嵭蔫T錠冷卻卻至常溫。通過在銅的鑄造過程中，以磷脫氧銅為基體溶劑，添加適量溶質(zhì)金屬Sn,使溶質(zhì)元素固溶在基體中，使銅合金化，由于晶體間變形阻力增加，最終產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的效果。經(jīng)測試，經(jīng)鑄造、軋制、拉伸和退火處理至軟態(tài)成品的銅合金制備的銅合金管，抗拉強(qiáng)度大于或等于260MPa，延伸率40%以上，平均晶粒尺寸在0.0150.035mm之，并且，同等條件下管材的爆破壓力明顯大于磷脫氧銅管。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明還公開了一種銅管，所述銅合金包含有微量元素與磷脫氧銅形成的ct固溶體，所述微量元素至少包括錫。優(yōu)選地，所述錫占所述銅合金總重量百分比的0.1~2.0%。優(yōu)選地，所述微量元素還包^4辛所述鋅占所述銅合金總重量百分比的0.05~1.0%。其原理、方法和具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在上述實(shí)施例中已經(jīng)做了的說明，在此不再贅述。綜上，在本發(fā)明中通過在磷脫氧銅的鑄造過程中，以磷脫氧銅為基體溶劑，根據(jù)鑄造爐容量，添加適量溶質(zhì)金屬Sn或者金屬Sn和金屬鋅Zn，使溶質(zhì)元素固溶在基體中，使銅微金合化，由于晶體間變形阻力增加，通過固溶強(qiáng)化，使采用本發(fā)明所提供的銅合金管的耐壓力有很大的提高。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種銅合金、銅合金的制備方法、銅管進(jìn)行了詳細(xì)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。權(quán)利要求1、一種銅合金，其特征在于，所述銅合金包含有微量元素與磷脫氧銅形成的α固溶體，所述微量元素至少包括錫。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征在于，所述錫占所述銅合金總重量的百分比為0.1~2.0%。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅合金，其特征在于，所述微量元素還包含鋅，所述鋅占所述銅合金總重量的百分比為0.05~1.0%。4、一種銅合金的制備方法，其特征在于，包含如下步驟預(yù)加熱至少包括錫的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；將所述微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中；在所述微量元素均勻分布后，進(jìn)行鑄造、冷卻，以形成含有oc固溶體的銅A奪口亞。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所迷將微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中進(jìn)一步為將占待制備合金總重量百分比為0.1~2.0%的錫添加至熔化的磷脫氧銅溶液中。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述微量元素還包括鋅，所述將微量元素添加至熔化的磷脫氧銅溶液中進(jìn)一步還包括將占待制備合金總重量百分比為0.05~1.0%的鋅添加至熔化的磷脫氧銅溶液中。7、一種銅管，所述銅管的材料為銅合金，其特征在于，所述銅合金包含有微量元素與磷脫氧銅形成的a固溶體，所述微量元素至少包括錫。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅管，其特征在于，所述錫占所述銅合金總重量的百分比為0.1~2.0%。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的銅管，其特征在于，所述微量元素還包含鋅，所述鋅占所述銅合金總重量的百分比為0.05~1.0%。全文摘要本發(fā)明提供了一種銅合金、銅合金的制備方法、銅管，其中，所述銅合金中，含有微量元素與磷脫氧銅成的α固溶體，所述微量元素至少包括錫。所述錫占所述銅合金總重量百分比的0.1～2.0％。所述微量元素還包含鋅，所述鋅占所述銅合金總重量百分比的0.05～1.0％。在本發(fā)明提供的銅合金中，由于包含有微量元素錫與磷脫氧銅形成的α固溶體，通過固溶強(qiáng)化作用，增強(qiáng)銅合金的抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而，使采用這種銅合金的銅管的耐壓力有很大的提高。文檔編號(hào)C22C9/02GK101555557SQ20091013578公開日2009年10月14日申請(qǐng)日期2009年4月29日優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日發(fā)明者馮振國,劉代星,劉國偉,李俊岐,趙金浩,郭宏林申請(qǐng)人:金龍精密銅管集團(tuán)股份有限公司