本發(fā)明涉及合金新材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料。
背景技術(shù)：
：海洋工程即海洋資源的開發(fā)與利用。海洋覆蓋了地球表面的70.8％，總面積為3.7％億平方公里，海洋平均深度3800米，蘊蓄著非常豐富的資源。在世界面臨資源缺乏的壓力下，海洋產(chǎn)業(yè)越來越顯示其重要地位。在不影響生態(tài)平衡的條件下，海洋資源的開發(fā)與利用前景廣闊。納米碳化硅是一種通過一定的技術(shù)條件，在普通碳化硅材料的基礎(chǔ)上制備出的一種納米材料，其具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低，極好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑、高熱傳導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)及高溫強度大等特點。納米碳化硅由于自身的微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)使其具備更多獨特的優(yōu)異性能和更加廣泛的應(yīng)用前景。近年來，不少研究表明：微米級碳化硅晶須已被應(yīng)用于增強陶瓷基、金屬基和聚合物基復(fù)合材料，這些復(fù)合材料均表現(xiàn)出良好的機械性能，可以想象用強度硬度更高及長徑比更大的碳化硅一維納米材料作為復(fù)合材料的增強相，將會使其性能得到進一步增強。國標(biāo)銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni1)是一種多組分鑄造青銅材料，它具有耐磨性較好、易加工、鑄造性能好、氣密性好、耐腐蝕、可在流動海水中工作的特性。因此，主要應(yīng)用于制造在各種液體燃料及海水、淡水和蒸汽(<225℃)中工作的零部件，以及壓力≤2.5MPa的閥門和管配件。但是，由于銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni1)材料自身的原因，在海洋工程中的應(yīng)用受到較大限制?；谏鲜鲫愂觯景l(fā)明提出了一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，而提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料。一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅2～6.2％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1～2份、鎳1～3份、錳0.5～1份、錫3～8份、硅0.2～0.5份、鋅0.8～1.8份、銅83～93份。優(yōu)選的，所述的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅3～5份、余量為銅合金。優(yōu)選的，所述的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅4份、余量為銅合金。優(yōu)選的，所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1.2～1.8份、鎳1.5～2.5份、錳0.6～0.9份、錫4～7份、硅0.3～0.4份、鋅1～1.5份、銅85～90份。優(yōu)選的，所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1.5份、鎳2份、錳0.8份、錫5份、硅0.3份、鋅1.2份、銅88份。本發(fā)明還提出了一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料的制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.1～0.3:0.2～0.5:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至945～985℃保溫熔煉1～2h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1080～1150℃保溫熔煉1～2h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1250～1480℃保溫熔煉1～2h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉3～5h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1500～1700℃，邊加熱邊以240～480r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合20～40min，混合均勻后，降溫至820～920℃，鑄造成型即得。本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，其具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，較高的強度和硬度，加工及鑄造性能好，納米碳化硅的加入大大提升了所得銅基合金新材料的強度和硬度，本發(fā)明制備的銅基合金相比于傳統(tǒng)銅基合金材料，在保證銅基合金性能的同時，刻意去除了鉛元素，減少了鉛元素對環(huán)境的污染，有效的提高了新材料的加工及鑄造性能，本發(fā)明還提出了一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料的制備方法，通過科學(xué)的原料配比，利用各金屬高溫熔融混合反應(yīng)制成銅基合金，在熔融過程中加入納米碳化硅材料，高速混合均勻，鑄造而得，其制備方法簡單，所得新材料可廣泛應(yīng)用于海洋工程設(shè)備及配件的生產(chǎn)，性能優(yōu)良，有效的延長了所制設(shè)備及配件的使用壽命，值得推廣。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步解說。實施例一本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅3％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1.5份、鎳2.5份、錳0.8份、錫6份、硅0.4份、鋅1.2份、銅85份。其制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.2:0.4:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至955℃保溫熔煉1.5h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1100℃保溫熔煉2h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1400℃保溫熔煉1.8h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉4h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1600℃，邊加熱邊以400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合25min，混合均勻后，降溫至880℃，鑄造成型即得。實施例二本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅4％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1份、鎳1份、錳0.5份、錫4份、硅0.2份、鋅0.8份、銅93份。其制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.1:0.2:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至975℃保溫熔煉1h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1080℃保溫熔煉1h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1250℃保溫熔煉1h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉3.5h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1650℃，邊加熱邊以240r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合40min，混合均勻后，降溫至920℃，鑄造成型即得。實施例三本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅6.2％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁2份、鎳1.5份、錳1份、錫5份、硅0.5份、鋅1.5份、銅88份。其制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.3:0.5:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至945℃保溫熔煉1.8h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1150℃保溫熔煉1.5h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1450℃保溫熔煉1.5h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉5h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1500℃，邊加熱邊以450r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合35min，混合均勻后，降溫至850℃，鑄造成型即得。實施例四本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅5％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1.8份、鎳2份、錳0.9份、錫3份、硅0.3份、鋅1.8份、銅90份。其制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.2:0.3:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至965℃保溫熔煉1.2h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1130℃保溫熔煉1.8h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1300℃保溫熔煉2h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉3h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1700℃，邊加熱邊以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合20min，混合均勻后，降溫至900℃，鑄造成型即得。實施例五本發(fā)明提出的一種海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料，包括以下重量百分比的原料：納米碳化硅2％、余量為銅合金；所述銅合金，包括以下重量份原料：鋁1.2份、鎳3份、錳0.6份、錫8份、硅0.4份、鋅1份、銅83份。其制備方法，包括以下步驟：S1、將所述比重的銅按質(zhì)量比0.3:0.2:1的質(zhì)量比分成三份，分別記作銅A、銅B和銅C；S2、將步驟S1中的銅A與所述比重的鋁加熱至985℃保溫熔煉2h，得金屬液體C；S3、將步驟S1中的銅B與所述比重的錫加熱至1110℃保溫熔煉1.2h，得金屬液體D；S4、將步驟S1中的銅C與所述比重的鎳、錳、硅和鋅加入金屬熔煉爐中，熱至1350℃保溫熔煉1.2h后，加入步驟S2中所得的金屬液體C和步驟S3中所得的金屬液體D，繼續(xù)保溫熔煉4.5h，得金屬液體E；S5、按所述重量百分比，將納米碳化硅加入到步驟S4中的金屬液體E中，加熱至1550℃，邊加熱邊以350r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合30min，混合均勻后，降溫至820℃，鑄造成型即得。分別測試本發(fā)明實施例一～五中制備的海洋工程用的高強度納米級碳化硅銅基合金新材料的抗疲勞強度，得出如下結(jié)果：實施例一二三四五抗疲勞強度(MPa)585624651609592以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3