[发明专利]锆和锶复合微合金化的镍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，尤其是一种新型镍铝青铜合金及其制备方法，具体地说是一种锆和锶复合微合金化的镍铝青铜及其制备方法。

背景技术

镍铝青铜具有极佳的耐腐蚀性能和摩擦学性能，是制造船舶螺旋桨、泵、阀、以及水下紧固件的重要材料。随着工业的发展，对镍铝青铜材料的性能提出了更高的要求。

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。从镍铝青铜的成分（铜（Cu）77~82%，锰（Mn）0.5~4.0%，铝（Al）7.0~11.0%，铁（Fe）2.0~6.0%，镍（Ni）3.0~6.0%，锌（Zn）￡1.0%，余量为杂质元素）来看，该合金尚未进行微合金化。锆（Zr）加入到铝青铜合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素与Al形成A1₃Zr（熔点1580℃）等高熔点物相，对铜合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化合金组织，在合金凝固后的后续冷却过程中锆（Zr）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等，对合金起强化作用，并阻止晶粒长大。锶（Sr）是一种活性元素，并且在铝青铜中的固溶度极小。向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，而且在合金凝固后的冷却过程中生成SrCu₅、SrCu等金属间化合物，强化合金，此外还对锆（Zr）元素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锆和锶复合微合金化的镍铝青铜可供使用，这一定程度上制约了我国海上舰船螺旋桨、海水泵、海上石油平台、海水管路系统、模具以及在高速、高压和高温下工作的轴承、衬套、涡轮等机械零件的高速发展。

发明内容

本发明的目的是在镍铝青铜主要成分的基础上，通过添加微量锆元素和锶元素，发明一种高性能的镍铝青铜及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种锆和锶复合微合金化的镍铝青铜，其特征在于：它主要由锆（Zr）、锶（Sr）和镍铝青铜组成，其中，锆（Zr）的质量百分比为0.02~0.085%，锶（Sr）的质量百分比为0.018~0.063%，余量为镍铝青铜，各组份的质量百分比之和为100%。所述的镍铝青筒主要由铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）组成，其中，镍（Ni）的质量百分比为3.0~6.0%，铝（Al）的质量百分比为7.0~11.0%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，锌（Zn）的质量百分比为￡1.0%，铁（Fe）的质量百分比为2.0~6.0%，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：

一种锆和锶复合微合金化的镍铝青铜的制备方法，其特征是：首先，将镍铝青铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金和Al-Zr中间合金，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熔化后再加入后一种中间合金；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；即可获得锆和锶复合微合金化的镍铝青铜。

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

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

本发明的有益效果是：

（1）本发明锆和锶复合微合金化的镍铝青铜，具有组织晶粒细小、硬度高、抗腐蚀性好、摩擦系数低等特点。如本发明锆和锶复合微合金化的镍铝青铜（以实施例一为例），其硬度（HV）为216.025HV，比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的硬度212.125 HV提高了1.8％；再如，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02353 mm/a（以实施例一为例），比常规镍铝青铜（以对比例一为例）的均匀腐蚀速率0.02424 mm/a降低了3.0％。