一種海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅基合金材料，特別是涉及一種海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料。
【背景技術(shù)】
[0002]納米碳化娃(SiC)是一種通過一定的技術(shù)條件，在普通碳化娃(SiC)材料的基礎(chǔ)上制備出的一種納米材料。納米碳化娃(SiC)具有純度高、粒徑小、分布均勾、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(qiáng)度大等特點。
[0003]國標(biāo)銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNii)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°C )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(ZCuSr^ZnfbeNii)材料自身的原因，在海洋工程中的應(yīng)用受到較大限制。只有在保證銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNii)原有特性的前提下進(jìn)一步提升該材料的強(qiáng)度才能拓展該材料在海洋工程中應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高強(qiáng)度的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料，銅基合金新材料的成分包含納米級碳化娃(SiC)和銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNii)，其中，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化硅(SiC):1_3%，銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNiJ:97_99%。
[0007]進(jìn)一步地，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化娃(SiC):1.2-2.8%，銅合金(ZCuS^ZngPbgNii):97.2-98.8%。
[0008]進(jìn)一步地，納米級碳化娃(SiC)的粒徑在30 μ m-100 μ m范圍內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步地，銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNiJ的鑄造是按照國標(biāo)GB/T1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]一種上述海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0011]步驟1:將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉；
[0012]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體進(jìn)行成分檢測；
[0013]步驟3:將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSr^ZngPbfjNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，然后進(jìn)一步升高溫度到保持溫度并在保持溫度下保持；
[0014]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材；
[0015]步驟5:將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0016]進(jìn)一步地，步驟1中的熔煉溫度為1000°C -1100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0017]進(jìn)一步地，步驟3中的保持溫度為1400°C -1500°C，保持時間為30-40分鐘。
[0018]進(jìn)一步地，步驟4中的保溫時間為10-20分鐘，鑄造溫度1050°C _1150°C。
[0019]本發(fā)明的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料，將納米碳化硅(SiC)材料通過一定的技術(shù)手段均勻分布在現(xiàn)有的銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)材料中，利用納米級碳化硅(SiC)高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑及高溫強(qiáng)度大的性能，實現(xiàn)銅合金(ZCuSr^ZnfbeNii)材料的性能的進(jìn)一步提升。本發(fā)明的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性，從而拓展原有銅合金(ZCuS^Z^PbeNi!)材料在海洋工程機(jī)械零部件中的應(yīng)用范圍。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明提供的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料，銅基合金新材料的成分包含納米級碳化娃(SiC)和銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNii)，其中，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化娃(SiC):1_3%，銅合金(ZCuSr^ZngPbeNii):97-99%。納米級碳化娃(SiC)是通過已知的方法制得，納米級碳化娃(SiC)的粒徑在30μπι-100μπι范圍內(nèi)。銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)的鑄造是按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]本發(fā)明提供的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0023]步驟1:按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSn3ZnsPb6Ni J的化學(xué)成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體體積在熔爐體積的99%以下，熔煉溫度為1000°C -1100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0024]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體進(jìn)行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSr^ZngPbeNii)液體的化學(xué)成分在國標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0025]步驟3:將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1400 °C -1500 °C 并保持 30-40 分鐘。
[0026]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫10-20分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1050°C -1150°C ；
[0027]步驟5:將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0028]實施例一:
[0029]按體積百分比為:納米級碳化娃(SiC):1%，銅合金(ZCuSr^ZngPbfjNii):99%準(zhǔn)備原料。其中納米級碳化硅(SiC)是通過已知的方法制得，納米級碳化硅(SiC)的粒徑為30 μ m。銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNiJ的鑄造是按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0030]首先，按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNiJ的化學(xué)成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體體積在熔爐體積的99 %以下，熔煉溫度為1100°C，熔煉時間為6小時。
[0031]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體進(jìn)行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSr^ZnfbeNii)液體的化學(xué)成分在國標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0032]接著，將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1500°C并保持40分鐘。
[0033]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫20分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1150°C ；
[0034]最后，將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0035]制備的海洋工程用高強(qiáng)度納米級碳化硅銅基合金新材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性的衡量值分別比原有銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)材料提高了 68%、80%、30%和49%，從而拓展原有銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)材料在海洋工程機(jī)械零部件中的應(yīng)用范圍。
[0036]實施例二:
[0037]按體積百分比為:納米級碳化硅(SiC):1.2%，銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNi):98.8%準(zhǔn)備原料。其中納米級碳化娃(SiC)是通過已知的方法制得，納米級碳化娃(SiC)的粒徑為48μπι。銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNiD的鑄造是按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0038]首先，按照國標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSr^Zr^PbeNiJ的化學(xué)成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體體積在熔爐體積的99 %以下，熔煉溫度為1080°C，熔煉時間為5.8小時。
[0039]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSnJr^PbeNii)液體進(jìn)行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSr^ZnfbeNii)液體的化學(xué)成分在國標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0040]接著，將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSr^Zr^PbfjNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1470 °C并保持38分鐘。
[0041]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫18分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1140°C ;