[发明专利]钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝青铜合金及其制备方法，尤其是一种新型高锰铝青铜及其制备方法，具体地说是一种钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜及其制备方法。

背景技术

高锰铝青铜具有优良的抗高速海水冲刷、抗海水腐蚀性能，是制造海上大型舰船螺旋桨、海水泵、海上石油平台、海水管路系统等的主体材料之一。随着远洋舰船、海上石油平台的大型化、深水化，以及服役周期的延长和服役环境的进一步苛刻，迫切需要性能更高的高锰铝青铜。

众所周知，合金化及微合金化是提高合金组织与性能的有效手段。从高锰铝青铜的成分（铜（Cu） 70~80%，锰（Mn） 8.0~20.0%，铝（Al） 6.5~9.0%，铁（Fe） 2.0~5.0%，镍（Ni） 1.5~3.0%，锌（Zn） ￡6.0%，余量为杂质元素）来看，该合金尚未进行微合金化。锆（Zr）或钪（Sc）加入到铝青铜合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）或钪（Sc）元素与Al形成高熔点物相如A1₃Zr（熔点1580℃）、Al₃Sc（熔点1320℃）等，对铜合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化合金晶粒组织，在合金凝固后的后续冷却过程中锆（Zr）或钪（Sc）元素还会从铜合金中析出，并与Cu元素形成金属间化合物（b相等），与Al元素形成金属间化合物A1₃Zr或Al₃Sc等，对合金起强化作用，并阻止晶粒长大，而锆（Zr）和钪（Sc）的复合加入，则会形成比Al₃Zr或Al₃Sc尺寸更小的三元物相A1₃(Sc_l-x, Zr_x)，使锆（Zr）和钪（Sc）的微合金化作用更加显著。锶（Sr）元素是一种活性很高的长效变质剂，并且在铝青铜中的固溶度极小。向高锰铝青铜中加入微量锶（Sr）不仅能有效净化熔体、提高元素的分布均匀性，此外还对钪（Sc）、锆（Zr）的烧损起到保护作用。

到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜可供使用，这一定程度上制约了我国大型舰船螺旋桨、海水泵、阀门、海水淡化设备等工业装备的高速发展。

发明内容

本发明的目的是在高锰铝青铜主成分的基础上，通过添加微量钪、锆和锶元素，发明一种高性能的钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜及其制备方法，以满足大型舰船螺旋桨、海水泵、阀门、海水淡化设备等领域的需求。

本发明的技术方案之一是：

 一种钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜，其特征在于它包括：

钪（Sc），质量百分比为0.015~0.058%；

锆（Zr），质量百分比为0.028~0.074%；

锶（Sr），质量百分比为0.012~0.057%；

高锰铝青铜，余量；

各组份的质量百分比之和为100%；

所述的钪、锆和锶能净化熔体、细化组织、阻碍晶粒长大。

所述的高锰铝青铜主要由铜（Cu）、锰（Mn）、铝（Al）、铁（Fe）、镍（Ni）和锌（Zn）组成，其中，锰（Mn）的质量百分比为8.0~20.0%，铝（Al）的质量百分比为6.5~9.0%，铁（Fe）的质量百分比为2.0~5.0%，镍（Ni）的质量百分比为1.5~3.0%，锌（Zn）的质量百分比为￡6.0%，余量为铜（Cu）和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。

本发明的技术方案之二是：

一种钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜的制备方法，其特征在于：

首先，将高锰铝青铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金和纯Sc，在添加过程中必须按所列次序添加，即必须等前一种中间合金融化后再加入后一种中间合金或待添加的金属；其次，待全部熔化后，加入淸渣剂（除去杂质），接着通入高纯氮气精炼；最后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得钪、锆和锶复合微合金化的高锰铝青铜。

所述的Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比约为8.901%～10.879%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比约为3.699%～4.521%。

所述的Al-Sr中间合金中Sr的最佳质量百分比约为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的最佳质量百分比约为4.11%。

本发明的有益效果是：