[发明专利]一种高强度二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基合金复合材料及其制备方法，特别是涉及一种用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料。

背景技术

铸造方法按照国标GB/T1176-2013的标准制备的铜合金ZCuSn₁₀Pb₅是一种多用途的锡铅青铜材料，由于其具有很好的耐腐蚀性，特别是对稀硫酸、盐酸和脂肪酸的耐腐蚀性高，因此主要用于如制造耐蚀、耐酸的配件以及破碎机的衬套、轴瓦等。但是由于其抗拉强度和硬度性能较低(抗拉强度≥245MPa，硬度≥70HBW)，严重限制了该材料在耐腐蚀性的海洋工程中的应用，现阶段只有海洋工程工程用平台搭建中得到使用，而在海水中需要耐腐蚀的起重机械方面难以应用。

二硼化钛是一种具有六方晶体结构的灰色或灰黑色的粉末或晶体材料；熔点是2980℃，密度是4.52g/cm³。它具有很高的硬度，在空气中抗氧化温度能达到1000℃，在HCl(盐酸)和HF(氢氟酸)中稳定，具有优良的热稳定性、抗氧化性能及导电性能；主要用于导电陶瓷材料，陶瓷切削刀具及模具，复合陶瓷材料，铝电解槽阴极涂层材料及铝、铁、铜等金属材料的强化剂。

综上，利用二硼化钛高硬度，耐腐蚀、化学稳定好，高温抗氧化性好的优点，克服了铜合金ZCuSn₁₀Pb₅抗拉强度、硬度性能较低和不耐高温的缺点，将二硼化钛与铜合金ZCuSn₁₀Pb₅制备成复合材料在保证铜合金ZCuSn₁₀Pb₅原有耐腐蚀性能的同时提高抗拉强度、硬度及耐高温性，从而使得该高强度二硼化钛增强铜基复合材料能够应用于海水中耐腐蚀的起重机械中。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进二硼化钛和铜合金ZCuSn₁₀Pb₅之间体积配比以及制备条件，提供一种有效提高铜合金ZCuSn₁₀Pb₅抗拉强度、硬度及耐高温性的用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于96％的高纯度二硼化钛12-15％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅85-88％。

优选地，本发明的用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于96％的高纯度二硼化钛12％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅88％。

优选地，本发明的用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于96％的高纯度二硼化钛14％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅86％。

优选地，本发明的用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于96％的高纯度二硼化钛15％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅85％。

进一步地，所述铜合金ZCuSn₁₀Pb₅由如下质量百分比的组分组成：锡锭9.0-11.0％，铅锭4.0-6.0％，锌≤1.0％，杂质≤1.0％，其余为铜。

一种用于耐高温海洋工程起重设备的高强度二硼化钛增强铜基复合材料的制备方法，具有以下步骤：

1)制备铜合金ZCuSn₁₀Pb₅：将电解铜，锡锭，铅锭、锌按照上述的重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90％；熔炼温度为1100-1200℃，时间为3-3.5h；

2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金液体进行成分检测，以确定其化学组成在上述的范围之内；

3)将纯度大于96％的高纯度二硼化钛按体积百分比为12-15％与放入上述铜合金ZCuSn₁₀Pb₅液体的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温度至1300-1400℃并保持30-35min；