[发明专利]一种高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料及其制备方法

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海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料。

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。

纳米碳化钛是一种碳化钛的纳米材料，熔点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好。纳米碳化钛是一种高纯度碳化钛粉末，是由二氧化钛与炭黑在通氢气的碳管炉或调频真空炉内于1600℃-1800℃高温下反应制得。由于纳米碳化钛硬度大，具有良好的力学性能，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。

综上，利用纳米碳化钛的高硬度和力学性能良好的优点，克服了铜合金ZCuSn₁₀Pb₅抗拉强度和硬度性能较低的缺点，将纳米碳化钛与铜合金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和硬度，从而使得该高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料能够应用于海水中的起重机械。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进纳米碳化钛和铜合金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抗拉强度和硬度的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的纳米碳化钛1.0-2.5％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅97.5-99.0％。

优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的纳米碳化钛1.0％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅99.9％。

优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的纳米碳化钛2.5％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅97.5％。

优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98％的纳米碳化钛2.0％，铜合金ZCuSn₁₀Pb₅98.0％。

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。

本发明提供一种用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料的制备方法，具有以下步骤：

1)制备铜合金ZCuSn₁₀Pb₅：将电解铜、铅锭、锡锭、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ZCuSn₁₀Pb₅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)将纳米碳化钛按体积百分比为1.0-2.5％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1150-1200℃并保持45-50min；