本發(fā)明涉及金屬合金材料的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種高錳銅合金材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：銅因其良好的導(dǎo)電性，可塑性，耐腐蝕性，應(yīng)用非常廣泛。在銅合金中添加鋁、鎳﹑錳﹑錫﹑硅﹑鉛等元素，可以改善銅的性能，用于不同的場所。目前我國現(xiàn)有的銅合金仍存在一些問題，如合金內(nèi)含有大量雜質(zhì)元素，高溫疲勞性差、高溫強度低；硬度低、耐磨性差、摩擦系數(shù)大、使用壽命短；彎曲加工性能差、容易折斷,還不能滿足市場要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。本發(fā)明還有一個目的是提供一種高錳銅合金材料的制備方法，其通過加入mn和稀土元素使得銅合金的強度高、韌性好、耐腐蝕，大大提高了銅合金的綜合性能。為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種高錳銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：s1、稱取重量份為5～10份的ni、重量份為60～70份的cu、重量份為5～10份的al、重量份為10～15份的mn置于電爐中熔化后，再加入重量份為0.5～1份的mo、重量份為0.05～0.1份ceo、重量份為0.5～1份的ti、重量份為0.05～0.1份的納米zro2、重量份為0.05～0.1份的la2o3、重量份為0.05～0.1份的nd(oh)3、重量份為0.05～0.1份的gd(oh)3、重量份為0.05～0.1份的eu2o3、重量份為0.05～0.1份的yb2o3、重量份為0.05～0.1份的prcl3、重量份為0.05～0.1份的smcl3、重量份為0.05～0.1份的prsi2、重量份為0.05～0.1份的ysi2、重量份為0.05～0.1份的tbn、重量份為0.5～1份的精煉劑，混合均勻，進(jìn)行熔煉，即得高錳銅合金；其中，熔煉工藝為：以升溫速率為15～20℃/min將溫度升至900～1100℃并保持20～30min，然后以升溫速率為5～10℃/min將溫度由900～1100℃升至1200～1300℃并保持60～120min，然后以升溫速率為2～5℃/min將溫度由1200～1300℃升至1400～1500℃并保持20～30min，然后以降溫速率為8～10℃/min將溫度由1400～1500℃降溫至600～800℃，最后以降溫速率為10～15℃/min將溫度由600～800℃降溫至室溫；所述精煉劑包括以下重量分組分：高嶺土10～15份、白云石1～3份、苦菱土2～5份、瑩石1～5份、粘土30～35份、麥飯石粉1～2份、冰晶石粉1.5～3份、海綿鈦0.1～0.5份、樹木灰6～8份、氧化鑭0.1～0.5份、氟鋯酸鈣0.1～0.5份、納米氧化鋁1～3份、碳酸鍶0.1～0.5份、氧化鈰0.1～0.5份、氮化鋁1～3份。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，所述精煉劑的制備包括以下步驟：步驟一、將重量份為10～15份的高嶺土、1～3份的白云石、2～5份的苦菱土、1～5份的瑩石份、30～35份的粘土、1～2份的麥飯石粉、1.5～3份的冰晶石粉、6～8份的樹木灰、0.1～0.5份的海綿鈦混合均勻，加入至質(zhì)量分?jǐn)?shù)5～10％的碳酸鈉溶液中浸泡2～4h，過濾，得到第一濾渣，再將第一濾渣加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15％的鹽酸溶液中，浸泡1～2h，過濾，得到第二濾渣，第二濾渣用清水洗凈，烘干，得到第一粉末；步驟二、將重量份為0.1～0.5份的氧化鑭、0.1～0.5份的氟鋯酸鈣、1～3份的納米氧化鋁、0.1～0.5份的碳酸鍶、0.1～0.5份的氧化鈰、1～3份的氮化鋁，混合均勻，加入重量份為50～80份的無水乙醇，在常溫下攪拌1～2h后得到混合料漿；再向混合料漿加入重量份為0.05～0.1份的聚乙二醇，置于球磨機中球磨12～24h，將球磨后的料漿于60～80℃下干燥10～15h，得到第二粉末；步驟三、將第一粉末、第二粉末混合均勻，于溫度為1600～1700℃、壓力為10～20mpa的燒結(jié)爐中燒結(jié)1～2h，冷卻，研磨即得精煉劑。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，合金熔煉后還對合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為：先由室溫以200～220℃/h速率升溫至250～260℃，保溫40～60min，再以200～220℃/h速率升溫至590～600℃，保溫1～2h；再以230～250℃/h時速率降溫至120～150℃，保溫1～2h；再以200～220℃/h速率升溫至380～400℃，保溫1～2h小時；再以230～250℃/h速率降溫至100～120℃，保溫1～2h；再以180～200℃/h速率升溫至250～270℃，保溫3～4h，取出冷卻即得。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，熔煉時時真空度保持在0.6pa以下。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，納米氧化鋁的粒徑為30～50nm，氧化鑭、氟鋯酸鈣、碳酸鍶、氧化鈰、氮化鋁的平均粒徑均為0.5～1μm。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟三中第一粉末、第二粉末混合均勻后置于燒結(jié)爐中，先以升溫速率為8～10℃/min將燒結(jié)爐溫度由室溫升穩(wěn)至1000～1050℃，然后再以升溫速率為3～5℃/min將燒結(jié)爐溫度由1000～1050℃升溫至1600～1700℃。優(yōu)選的是，所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟二中攪拌速率為1000～1200r/min。本發(fā)明至少包括以下有益效果：1、本發(fā)明的高錳銅合金材料的制備方法，通過加入ni、mn、mo、ti為特征合金化元素，為固溶體中高溫相和強化相的培育和細(xì)晶化作用創(chuàng)造物質(zhì)基礎(chǔ)條件，其中，合金在主元素cu、mn形成富銅強化相，而且mn可元素改善抗蝕性，同時屏蔽雜質(zhì)fe，減少fe的有害作用；同時mn作為高溫強化相，具有提高再結(jié)晶溫度、抑制再結(jié)晶晶粒粗化的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對合金的固溶強化、補充強化、提高耐熱性能；ti元素可以使銅合金晶粒細(xì)化，提高結(jié)晶性能；mo在合金中形成金屬化合物彌散性高溫強化相，有效地提高了銅合金的室溫強度、耐熱強度。2、本發(fā)明的高錳銅合金材料的制備方法，通過加入各種不同稀土元素，稀土元素在合金中的除氣、除渣、凈化作用、細(xì)化晶粒和變質(zhì)作用、提高合金的力學(xué)性能以及耐蝕性作用，而且稀土元素與銅之間在熔煉過程中可以形成合金，比如cu-la合金、cu-nd合金cu-gd合金、cu-eu合金、cu-yb合金等，而且稀土元素可與合金中的al元素形成合金，這些合金為高熔點金屬化合物，這些高熔點金屬化合物彌散分布于呈網(wǎng)狀或骨架狀的晶間和枝晶間，并與基體牢固結(jié)合，起到了強化和穩(wěn)定晶界的作用。同時，稀土元素為表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低熔體粘度，增強流動性，降低相與相之間的拉力，因為使形成臨界尺寸晶核的功減少，結(jié)晶核數(shù)量增加，從而使晶粒細(xì)化。3、本發(fā)明的高錳銅合金材料的制備方法，在熔煉過程中還加入精煉劑，精煉劑中含有氧化鑭、氧化鈰稀土元素可以增加合金鋼內(nèi)的稀土元素含量，有利于提高銅合金中的夾雜物去除率及合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，添加冰晶石粉、海綿鈦對熔體內(nèi)的氧化夾雜物有強烈的吸附作用，能有效地去除夾雜物并迅速下沉造渣，提高了除渣性能；精煉劑中氮化鋁和納米氧化鋁在燒結(jié)過程中，在一定壓力作用下發(fā)生兩相固溶生成氮氧化鋁相，由于納米氧化鋁相的存在很好的限制了氮氧化鋁晶粒的長大，并分散在晶界處，形成納米顆粒釘扎作用，這樣可以在整體上提高合金的力學(xué)性能。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。<實施例1>一種高錳銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：s1、稱取重量份為5份的ni、重量份為60份的cu、重量份為5份的al、重量份為10份的mn置于電爐中熔化后，再加入重量份為0.5份的mo、重量份為0.05份ceo、重量份為0.5份的ti、重量份為0.05份的納米zro2、重量份為0.05份的la2o3、重量份為0.05份的nd(oh)3、重量份為0.05份的gd(oh)3、重量份為0.05份的eu2o3、重量份為0.05份的yb2o3、重量份為0.05份的prcl3、重量份為0.05份的smcl3、重量份為0.05份的prsi2、重量份為0.05份的ysi2、重量份為0.05份的tbn、重量份為0.5份的精煉劑，混合均勻，進(jìn)行熔煉，即得高錳銅合金；其中，熔煉工藝為：以升溫速率為15℃/min將溫度升至900℃并保持20min，然后以升溫速率為5℃/min將溫度由900℃升至1200℃并保持60min，然后以升溫速率為2℃/min將溫度由1200℃升至1400℃并保持20min，然后以降溫速率為8℃/min將溫度由1400℃降溫至600℃，最后以降溫速率為10℃/min將溫度由600℃降溫至室溫；所述精煉劑包括以下重量分組分：高嶺土10份、白云石1份、苦菱土2份、瑩石1份、粘土30份、麥飯石粉1份、冰晶石粉1.5份、海綿鈦0.1份、樹木灰6份、氧化鑭0.1份、氟鋯酸鈣0.1份、納米氧化鋁1份、碳酸鍶0.1份、氧化鈰0.1份、氮化鋁1份。所述的高錳銅合金材料的制備方法，所述精煉劑的制備包括以下步驟：步驟一、將重量份為10份的高嶺土、重量份為1份的白云石、重量份為2份的苦菱土、重量份為1份的瑩石份、重量份為30份的粘土、重量份為1份的麥飯石粉、重量份為1.5份的冰晶石粉、重量份為6份的樹木灰、重量份為0.1份的海綿鈦混合均勻，加入至質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的碳酸鈉溶液中浸泡2h，過濾，得到第一濾渣，再將第一濾渣加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的鹽酸溶液中，浸泡1h，過濾，得到第二濾渣，第二濾渣用清水洗凈，烘干，得到第一粉末；步驟二、將重量份為0.1份的氧化鑭、重量份為0.1份的氟鋯酸鈣、重量份為1份的納米氧化鋁、重量份為0.1份的碳酸鍶、重量份為0.1份的氧化鈰、重量份為1份的氮化鋁，混合均勻，加入重量份為50份的無水乙醇，在常溫下攪拌1h后得到混合料漿；再向混合料漿加入重量份為0.05份的聚乙二醇，置于球磨機中球磨12h，將球磨后的料漿于60℃下干燥10h，得到第二粉末；步驟三、將第一粉末、第二粉末混合均勻，于溫度為1600℃、壓力為10mpa的燒結(jié)爐中燒結(jié)1h，冷卻，研磨即得精煉劑。所述的高錳銅合金材料的制備方法，合金熔煉后還對合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為：先由室溫以200℃/h速率升溫至250℃，保溫40min，再以200℃/h速率升溫至590℃，保溫1h；再以230℃/h時速率降溫至120℃，保溫1h；再以200℃/h速率升溫至380℃，保溫1h小時；再以230℃/h速率降溫至100℃，保溫1h；再以180℃/h速率升溫至250℃，保溫3h，取出冷卻即得。所述的高錳銅合金材料的制備方法，熔煉時時真空度保持在0.6pa以下。所述的高錳銅合金材料的制備方法，納米氧化鋁的粒徑為30nm，氧化鑭、氟鋯酸鈣、碳酸鍶、氧化鈰、氮化鋁的平均粒徑均為0.5μm。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟三中第一粉末、第二粉末混合均勻后置于燒結(jié)爐中，先以升溫速率為8℃/min將燒結(jié)爐溫度由室溫升穩(wěn)至1000℃，然后再以升溫速率為3℃/min將燒結(jié)爐溫度由1000℃升溫至1600℃。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟二中攪拌速率為1000r/min。<實施例2>一種高錳銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：s1、稱取重量份為8份的ni、重量份為65份的cu、重量份為8份的al、重量份為12份的mn置于電爐中熔化后，再加入重量份為0.8份的mo、重量份為0.08份ceo、重量份為0.8份的ti、重量份為0.08份的納米zro2、重量份為0.08份的la2o3、重量份為0.08份的nd(oh)3、重量份為0.08份的gd(oh)3、重量份為0.08份的eu2o3、重量份為0.08份的yb2o3、重量份為0.08份的prcl3、重量份為0.08份的smcl3、重量份為0.08份的prsi2、重量份為0.08份的ysi2、重量份為0.08份的tbn、重量份為0.8份的精煉劑，混合均勻，進(jìn)行熔煉，即得高錳銅合金；其中，熔煉工藝為：以升溫速率為17℃/min將溫度升至1000℃并保持25min，然后以升溫速率為8℃/min將溫度由1000℃升至1250℃并保持90min，然后以升溫速率為3℃/min將溫度由1250℃升至1450℃并保持25min，然后以降溫速率為9℃/min將溫度由1450℃降溫至700℃，最后以降溫速率為12℃/min將溫度由700℃降溫至室溫；所述精煉劑包括以下重量分組分：高嶺土12份、白云石2份、苦菱土4份、瑩石3份、粘土32份、麥飯石粉1.5份、冰晶石粉2份、海綿鈦0.3份、樹木灰7份、氧化鑭0.3份、氟鋯酸鈣0.3份、納米氧化鋁2份、碳酸鍶0.3份、氧化鈰0.3份、氮化鋁2份。所述的高錳銅合金材料的制備方法，所述精煉劑的制備包括以下步驟：步驟一、將重量份為12份的高嶺土、重量份為2份的白云石、重量份為4份的苦菱土、重量份為3份的瑩石份、重量份為32份的粘土、重量份為1.5份的麥飯石粉、重量份為2份的冰晶石粉、重量份為7份的樹木灰、重量份為0.3份的海綿鈦混合均勻，加入至質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％的碳酸鈉溶液中浸泡3h，過濾，得到第一濾渣，再將第一濾渣加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％的鹽酸溶液中，浸泡1.5h，過濾，得到第二濾渣，第二濾渣用清水洗凈，烘干，得到第一粉末；步驟二、將重量份為0.3份的氧化鑭、重量份為0.3份的氟鋯酸鈣、重量份為2份的納米氧化鋁、重量份為0.3份的碳酸鍶、重量份為0.3份的氧化鈰、重量份為2份的氮化鋁，混合均勻，加入重量份為60份的無水乙醇，在常溫下攪拌1.5h后得到混合料漿；再向混合料漿加入重量份為0.08份的聚乙二醇，置于球磨機中球磨18h，將球磨后的料漿于70℃下干燥12h，得到第二粉末；步驟三、將第一粉末、第二粉末混合均勻，于溫度為1650℃、壓力為15mpa的燒結(jié)爐中燒結(jié)1.5h，冷卻，研磨即得精煉劑。所述的高錳銅合金材料的制備方法，合金熔煉后還對合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為：先由室溫以210℃/h速率升溫至255℃，保溫50min，再以210℃/h速率升溫至595℃，保溫1.5h；再以240℃/h時速率降溫至130℃，保溫1.5h；再以210℃/h速率升溫至390℃，保溫1.5h小時；再以240℃/h速率降溫至110℃，保溫1.5h；再以190℃/h速率升溫至260℃，保溫3.5h，取出冷卻即得。所述的高錳銅合金材料的制備方法，熔煉時時真空度保持在0.6pa以下。所述的高錳銅合金材料的制備方法，納米氧化鋁的粒徑為40nm，氧化鑭、氟鋯酸鈣、碳酸鍶、氧化鈰、氮化鋁的平均粒徑均為0.8μm。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟三中第一粉末、第二粉末混合均勻后置于燒結(jié)爐中，先以升溫速率為9℃/min將燒結(jié)爐溫度由室溫升穩(wěn)至1020℃，然后再以升溫速率為4℃/min將燒結(jié)爐溫度由1020℃升溫至1650℃。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟二中攪拌速率為1100r/min。<實施例3>一種高錳銅合金材料的制備方法，包括以下步驟：s1、稱取重量份為10份的ni、重量份為70份的cu、重量份為10份的al、重量份為15份的mn置于電爐中熔化后，再加入重量份為1份的mo、重量份為0.1份ceo、重量份為1份的ti、重量份為0.1份的納米zro2、重量份為0.1份的la2o3、重量份為0.1份的nd(oh)3、重量份為0.1份的gd(oh)3、重量份為0.1份的eu2o3、重量份為0.1份的yb2o3、重量份為0.1份的prcl3、重量份為0.1份的smcl3、重量份為0.1份的prsi2、重量份為0.1份的ysi2、重量份為0.1份的tbn、重量份為1份的精煉劑，混合均勻，進(jìn)行熔煉，即得高錳銅合金；其中，熔煉工藝為：以升溫速率為20℃/min將溫度升至1100℃并保持30min，然后以升溫速率為10℃/min將溫度由1100℃升至1300℃并保持120min，然后以升溫速率為5℃/min將溫度由1300℃升至1500℃并保持30min，然后以降溫速率為10℃/min將溫度由1500℃降溫至800℃，最后以降溫速率為15℃/min將溫度由800℃降溫至室溫；所述精煉劑包括以下重量分組分：高嶺土15份、白云石3份、苦菱土5份、瑩石5份、粘土35份、麥飯石粉2份、冰晶石粉3份、海綿鈦0.5份、樹木灰8份、氧化鑭0.5份、氟鋯酸鈣0.5份、納米氧化鋁3份、碳酸鍶0.5份、氧化鈰0.5份、氮化鋁3份。所述的高錳銅合金材料的制備方法，所述精煉劑的制備包括以下步驟：步驟一、將重量份為15份的高嶺土、重量份為3份的白云石、重量份為5份的苦菱土、重量份為5份的瑩石份、重量份為35份的粘土、重量份為2份的麥飯石粉、重量份為3份的冰晶石粉、重量份為8份的樹木灰、重量份為0.5份的海綿鈦混合均勻，加入至質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的碳酸鈉溶液中浸泡4h，過濾，得到第一濾渣，再將第一濾渣加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的鹽酸溶液中，浸泡2h，過濾，得到第二濾渣，第二濾渣用清水洗凈，烘干，得到第一粉末；步驟二、將重量份為0.5份的氧化鑭、重量份為0.5份的氟鋯酸鈣、重量份為3份的納米氧化鋁、重量份為0.5份的碳酸鍶、重量份為0.5份的氧化鈰、重量份為3份的氮化鋁，混合均勻，加入重量份為80份的無水乙醇，在常溫下攪拌2h后得到混合料漿；再向混合料漿加入重量份為0.1份的聚乙二醇，置于球磨機中球磨24h，將球磨后的料漿于80℃下干燥15h，得到第二粉末；步驟三、將第一粉末、第二粉末混合均勻，于溫度為1700℃、壓力為20mpa的燒結(jié)爐中燒結(jié)2h，冷卻，研磨即得精煉劑。所述的高錳銅合金材料的制備方法，合金熔煉后還對合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為：先由室溫以220℃/h速率升溫至260℃，保溫60min，再以220℃/h速率升溫至600℃，保溫2h；再以250℃/h時速率降溫至150℃，保溫2h；再以220℃/h速率升溫至400℃，保溫2h小時；再以250℃/h速率降溫至120℃，保溫2h；再以200℃/h速率升溫至270℃，保溫4h，取出冷卻即得。所述的高錳銅合金材料的制備方法，熔煉時時真空度保持在0.6pa以下。所述的高錳銅合金材料的制備方法，納米氧化鋁的粒徑為50nm，氧化鑭、氟鋯酸鈣、碳酸鍶、氧化鈰、氮化鋁的平均粒徑均為1μm。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟三中第一粉末、第二粉末混合均勻后置于燒結(jié)爐中，先以升溫速率為10℃/min將燒結(jié)爐溫度由室溫升穩(wěn)至1050℃，然后再以升溫速率為5℃/min將燒結(jié)爐溫度由1050℃升溫至1700℃。所述的高錳銅合金材料的制備方法，步驟二中攪拌速率為1200r/min。<對比例1>同實施例1，不同之處在于，原料中不加入la2o3、nd(oh)3、gd(oh)3、eu2o3、yb2o3、prcl3、smcl3、prsi2、ysi2、tbn、其余條件不變。<對比例2>同實施例1，不同之處在于，熔煉過程中不加入本發(fā)明的精煉劑，使用常規(guī)精煉劑，其余不變。按照實施例1～3、對比例1～2的制備方法錳銅合金測試其抗拉強度、屈服強度、硬度、和延伸率，測試結(jié)果如表1所示。表1-錳銅合金力學(xué)性能抗拉強度(mpa)屈服強度(mpa)延伸率(％)硬度(hb)實施例151246213.8136實施例252147814.2141實施例353448114.8148對比例13954128.2102對比例24264327.3116從表1中可以看出經(jīng)過實施例1～3的制備方法得到的高錳銅合金材料其抗拉強度、屈服強度、硬度、和延伸率均大于對比例1～2的銅合金材料，力學(xué)性能優(yōu)于對比例1～2的銅合金材料，由此可知本發(fā)明的精煉劑和稀土元素可大大增加了銅合金的性能。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的實施例。當(dāng)前第1頁12