本發(fā)明屬于金屬材料領域，尤其涉及一種銅合金。

背景技術：

隨著中國經濟與科學技術的迅猛發(fā)展，我國國民生活水平與生活品味不斷提升，目前國內在裝飾裝潢、食品器具、服裝配飾、工藝制品、電子產品、醫(yī)療器械、汽車配件等各領域內對金屬制品的綜合性能提出了更高的要求，如較高的強度、合理的塑形與韌性、較好的表面耐腐蝕性、耐磨性、抗生物存活性等。銅合金種類繁多，具有導電、導熱、耐磨等物理特性，在國民經濟的眾多領域被廣泛運用。然而，由于銅的成本相對較高，已有銅合金的綜合力學性能與物理性能不夠理想，限制了銅的應用。

另外，隨著我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，防菌、抗菌等衛(wèi)生管理領域已經成為社會普遍關注的熱點問題，抗菌產品越來越受到人們的重視。開發(fā)和利用具有抗菌性能的金屬結構材料不僅可以帶來巨大的經濟效益，還可以產生良好的社會效應。由于銅具有天然的抗菌性、對人和環(huán)境無傷害、可以回收利用，使其成為抗菌結構材料的優(yōu)先選擇。目前，國內已經有企業(yè)將銅應用于空調換熱元件、飲水機內膽、醫(yī)療器械、學生課桌、餐具、銅纖維紡織品等產品中，取得了良好的抗菌效果。然而，目前市場上這些銅質抗菌產品絕大多數是采用紫銅作為原材料，雖然具有良好的抗菌性能，但其成本相對較高，綜合機械性能較差。

專利公開號為CN102212713A的專利公開了一種新型抗菌銅合金，其特征在于該銅合金的組份及重量百分比含量為：B 0.001~0.02%，La 0.001~0.1%，Ti 0.05~0.5%，Ni 0.05~0.2%，Zn 35~45%，余量為Cu及不可避免的雜質。該銅合金具有較好的抗菌性，成本相對于紫銅有所降低，然而其強度較低，耐腐蝕性較差，難以滿足抗菌結構零部件對材料綜合力學性能及物理性能的需求。

技術實現要素：

針對國民經濟發(fā)展的需求及現有技術存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種具有較好的綜合力學性能、加工性能、耐腐蝕性的抗菌銅合金。本發(fā)明所提供的銅合金可以應用于裝飾裝潢、食品器具、服裝配飾、工藝制品、電子產品、醫(yī)療器械、汽車配件等領域。

本發(fā)明所提供的銅合金還可以用于與其它材料制備成復合材料系統(tǒng)，這種情況下本發(fā)明合金的抗微生物性、耐腐蝕性及耐磨性等性能可以直接作用于該復合材料系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種銅合金，其特征在于，該銅合金的組分及重量百分比含量如下：

10%~40%的Mn；

0.1%~11%的Al；

1%~25%的Cr、Ni、Zn、Co元素中至少一種或這四種元素中多于一種的組合；

余量為Cu。

本發(fā)明的銅合金中，錳和銅相互無限固溶，錳的加入可以形成置換式固溶體，對合金基體起固溶強化作用，可以提高合金的強度、硬度。優(yōu)選地，本發(fā)明銅合金中Mn的重量百分比含量為15%~35%Al的加入會顯著提高合金的機械強度及抗應力腐蝕性。優(yōu)選地，本發(fā)明銅合金中Al的重量百分比含量為2%~9%。

本發(fā)明通過對Cr、Ni、Zn、Co四種元素的不同組合及加入量進行控制，可以對合金的綜合力學性能、耐腐蝕性、抗生物存活性能進行調整。優(yōu)選地，本合金中含有Cr、Ni、Zn、Co元素中至少一種或這四種元素中多于一種的組合的重量百分比含量為5%~25%。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，其特征在于，該合金具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，并且具有抗微生物存活的效果，其完成滅活時間少于90分鐘。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，優(yōu)選地，所述合金中還添加了B、Si、Ti、V、Mo、Sr、W、Mg、Zr、Sn和稀土元素中的至少一種。本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述添加元素總量占銅合金的重量百分比含量<3%。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，優(yōu)選地，所述添加元素為稀土元素。稀土元素能夠細化晶粒、改變界面能、凈化合金熔體。本發(fā)明中，以銅合金的總量為基準，所述稀土元素的重量百分比含量為 0.01%~0.2%。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，優(yōu)選地，所述微合金化元素為B、Ti、V、Sr、Mo中的至少一種。微量的B、Ti、V、Sr、Mo添加可以顯著的改善本發(fā)明中合金的最終組織及晶粒尺寸、減少晶內有害雜質，從而提高合金的強度、塑性及耐腐蝕等性能。進一步優(yōu)選地，以銅合金的總量為基準，所述合金元素的重量百分比含量為0.002%~0.15%。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，優(yōu)選地，所述微合金化元素為Si、Mg、Zr、Sn、W中的至少一種。以上元素可以顯著改善合金的耐腐蝕性和強度。進一步優(yōu)選地，以銅合金的總量為基準，所述合金元素的總重量百分比含量為0.05%~1%。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，采用常規(guī)熔煉方法對按照以上成分配制好的爐料進行熔煉，然后通過連鑄連軋法制備銅合金棒、線或板坯，經熱加工的方法生產銅合金棒、線或板帶材；或者將熔煉后得到的鑄錠，經熱擠壓或熱軋的方法制備坯料，然后生產棒、線或板帶材。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，其板帶材制備工藝為：配料—熔煉—水平連鑄—加熱—熱軋—銑面—初軋—切邊—中間退火—中間酸洗—中軋—退火—精軋—清洗—拉彎矯直—剪切。其中，鑄造溫度為1020℃~1180℃；熱軋溫度為，開軋溫度960℃~980℃，終軋溫度750℃~850℃；所述熱軋過程分多道次進行，每道次加工率為15%~20%；退火處理之間最大總熱軋加工率為65%；退火溫度為650℃~700℃，加熱時間3h~3.5h。

根據本發(fā)明所提供的銅合金，也可以采用砂型鑄造或金屬型鑄造等方法，將其用于鑄造產品的生產。

具體實施方式

為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實例對本發(fā)明提供的銅合金及其制備方法進行詳細介紹，本發(fā)明的保護范圍不受以下實例限制。

實例1-18：

以電解錳、鋁、鉻、鎳、鋅、鈷、銅、含銅中間合金為原材料，按照表1中的銅合金元素重量百分比，分別配制實例1-18中的合金原料。采用常規(guī)熔煉方法對按照以上成分配制好的爐料進行熔煉—水平連鑄—加熱—熱軋—銑面—初軋—切邊—中間退火—中間酸洗—中軋—退火—精軋—清洗—拉彎矯直—剪切。其中，鑄造溫度為1120℃~1180℃；熱軋分多道次進行，每道次加工率15%~20%；開軋溫度為960℃~980℃，終軋溫度為750℃~780℃。用線切割法在板材上截取試驗樣品進行各項性能測試。

對比樣1-6：

以電解錳、鋁、鉻、鎳、鋅、鈷、銅、含銅中間合金為原材料，按照表1中的銅合金元素重量百分比，分別配制對比樣1-6中的合金原料。采用常規(guī)熔煉方法對按照以上成分配制好的爐料進行熔煉—水平連鑄—加熱—熱軋—銑面—初軋—切邊—中間退火—中間酸洗—中軋—退火—精軋—清洗—拉彎矯直—剪切。其中，鑄造溫度為1120℃~1180℃；熱軋分多道次進行，每道次加工率15%~20%；開軋溫度為960℃~980℃，終軋溫度為750℃~780℃。用線切割法在板材上截取試驗樣品進行各項性能測試。

實例及對比樣性能測試：

根據GB/T 228.1-2010中金屬材料室溫拉伸性能試驗要求，分別對各實例及對比樣中合金試樣的屈服強度、抗拉強度和斷后延伸率進行測試，拉伸速率為2mm/min；根據GB/T 231.1-2002金屬材料布氏硬度試驗要求，分別對各實例及對比樣中合金試樣的布氏硬度進行測試；合金的耐腐蝕性能通過動電位掃描測定，樣品規(guī)格為50mm×50mm×1.5mm，動電位掃描試驗的腐蝕介質為3.5% wt% NaCl溶液。所得到的實例及對比樣性能測試結果如表2所示。

按照JIS Z 2801:2010 《抗菌制品抗菌性能的檢測與評價》，采用平板培養(yǎng)基法來評定各實例與對比樣中所得材料的抗菌性能，所用樣品規(guī)格為50mm×50mm×1.5mm。所得實例及對比樣抗菌性能測試結果如表3所示。

表1 實例及對比樣中銅合金成分（wt%）

表2 實例及對比樣中銅合金的性能測試結果

表3 實例及對比樣中銅合金抗菌性能測試結果

從以上實例及對比樣中可以看出，本發(fā)明所述銅合金具有很高的強度和良好的塑性，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，具有較高的表面硬度，并且，與普通金屬材料相比，本發(fā)明所述銅合金表現出優(yōu)良的抗微生物存活效果。