[发明专利]一种耐含砂海水腐蚀磨损的铜合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐含砂海水腐蚀磨损的铜合金及其制备方法，属海洋工程及海洋装备领域，铜合金所含元素及质量百分比分别为：Ni：0.5‑10%；Al：2‑6.5%；Fe：0.5‑1.5%；Mn：2.5‑10%；Co：0.15‑1%；Cr：0.15‑0.9%；Si：0.5‑1%；余量为Cu。制备中，顺序加入电解铜、覆盖剂、CnMn合金、CuTi合金、电解镍、CuFe合金、电解铝、纯镁、覆盖剂和CuB合金，CuP合金脱氧和微合金化，搅拌捞渣，升温，出炉。该制备方法具有成本低、效率高的优点，铜合金材料具有耐含砂海水冲蚀腐蚀、海洋生物腐蚀和海水高流速腐蚀等性能，可满足海洋工程对耐腐蚀磨损材料的要求。

技术领域

本发明涉及海洋工程及海洋装备领域，具体涉及一种耐含砂海水腐蚀磨损的铜合金及其制备方法。

背景技术

在海洋工程中，船舰海水系统管路由于与海水直接接触且大多布置于舱底，工作环境苛刻，海水对其腐蚀的问题以及近岸、河口含砂海水的腐蚀磨损问题一直是制约其发挥最大效能的突出问题。在船舰中，泵、阀体、海洋管道装置用管和叶片螺旋桨对耐腐蚀磨损性的要求比较高。在海洋环境下的金属构件中，金属材料的失效一般包括腐蚀与腐蚀磨损两大类。腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀和腐蚀疲劳等，腐蚀磨损主要是固液两相流作用下的机械磨损与海水化学腐蚀交互作用造成材料的损伤。这些失效类型往往与结构设计或冶金因素有关。

均匀腐蚀的特征是腐蚀破坏均匀的发生在整个表面上，金属由于腐蚀而普遍的减薄。发生均匀腐蚀的金属电极表面各部分阳极氧化溶解反应和阴极还原反应在整个表面上是宏观、均匀发生的，且阴、阳极反应的电流密度大小相等。

在某些腐蚀介质中，金属表面局部区域内出现向深处发展的腐蚀小孔，而表面的其余部分不发生腐蚀或腐蚀很轻微，这种腐蚀形态称为点腐蚀，简称点蚀。点蚀孔一旦形成，具有向深处继续发展的趋势，即向深处继续进行腐蚀的作用，因此点蚀具有极大的隐患性和破坏性。海洋环境中点蚀的具体形貌有孔蚀、坑蚀、斑蚀、沟槽腐蚀和隧道腐蚀等。点蚀容易发生在表面生成钝化膜的材料，或表面镀有阴极性镀层的金属。

缝隙腐蚀通常在海水全浸区或者浪花飞溅区最严重。靠氧来维持钝态的材料，在海水中都有对缝隙腐蚀敏感的倾向。在海洋大气中也发现有缝隙腐蚀。缝隙有些是由于结构设计不合理造成的，也可能是表面存在异物，如海洋生物栖居在表面所致。

海水腐蚀磨损主要是流动的海水对金属构件的冲刷作用下，组织和性能发生了改变。若周围的压力降到海水温度以下的海水蒸气压，海水就会沸腾。在高速状态下，实际上常观察到局部沸腾。例如，以高速流经叶轮或推进器表面的海水，将在截面突变时(如叶梢)产生极低的压力。这样，蒸汽泡便形成了，但海水向下流到某处时气泡又会重新破裂。这些蒸汽泡的破裂而造成金属的局部压缩破坏。金属碎片脱落后，新的活化金属暴露在腐蚀性的海水中。因此，海水中的空泡腐蚀造成的金属损坏通常使金属既受机械损伤，又受腐蚀损伤。该类腐蚀多呈蜂窝状形式。

由于海水是一种强电解质，当腐蚀电位不同的两种金属连接并暴露在海洋环境中时，通常会产生严重的电偶腐蚀。在连接的电偶中，一种金属充当阳极，另一种金属充当阴极。电偶腐蚀的程度主要取决于两种金属在海水中的电偶序的相对差别及相对面积比。通常两种金属的接触电位差愈大，金属腐蚀得愈严重，因为电偶腐蚀的动力愈大。

在目前的海洋工程中主要使用的耐蚀金属材料主要有铜及铜合金。近年来纯铜已经逐渐被Cu-Ni白铜B10、B30和添加铁的铁白铜BFe10-1-1、BFe30-1-1替代。由于B10和B30中的含镍量较高，所以耐蚀性较好。铁白铜中铁的加入量不超过2%，以防腐蚀开裂，其特点是强度高和抗腐蚀，特别是抗流动海水腐蚀的能力较高。但在譬如东海等砂量高的海域环境中，白铜或铁白铜材料也会发生比较严重的冲蚀或冲蚀腐蚀。海水管路的频繁泄漏，严重影响设备的正常使用，使得船舶在航率减少，事故隐患增加。

发明内容