專利名稱：鋯微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁青銅合金及其制備方法，尤其是一種鎳鋁青銅合金及其制備方法，具體地說是一種鋯微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法。
背景技術：
鎳鋁青銅具有優良的抗高速海水沖刷性能、抗腐蝕性能和摩擦學性能，并且相對于超級雙相不銹鋼，其成形性能好、原材料價格及制造成本低。但其在用于制造大型零件時，由于鑄件冷卻速度慢，導致鑄件組織粗大，嚴重抑制了鑄件性能的提高。眾所周知，合金化及微合金化是提高銅合金組織與性能的有效手段。從鎳鋁青銅的成分(銅(Cu) 77 82%，錳(Mn) O. 5 4. 0%,鋁(Al) 7. 0 11· 0%,鐵(Fe) 2. 0 6· 0%,鎳(Ni)
3.(Γ6. 0%,鋅(Zn)￡l. 0%,余量為雜質元素)來看,該合金尚未進行微合金化。錯(Zr)元素加入到鋁青銅合金中，鋯(Zr)與Al在合金凝固過程中首先形成Al3Zr (熔點1580°C)等高熔點物相，對合金的后續凝固起到非均質形核作用，細化合金組織，改善合金的“緩冷脆性”。到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產權的鋯微合金化的鎳鋁青銅可供使用，這一定程度上制約了我國海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺、海水管路系統、模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等機械零件的高速發展。

發明內容
本發明的目的是在鎳鋁青銅合金主要成分的基礎上，通過添加微量鋯元素，發明一種高性能的鎳鋁青銅及其制備方法。本發明的技術方案之一是
一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其特征在于它主要由和鋯(Zr)組成，其中鋯的質量百分比為O. 03、. 1%，余量為鎳鋁青銅。所述的鎳鋁青銅主要由銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鐵(Fe)組成，其中，鎳(Ni)的質量百分比為3. 0 6· 0%，鋁(Al)的質量百分比為7. (Til. 0%，錳(Mn)的質量百分比為O. 5 4. 0%，鋅(Zn)的質量百分比為￡1. 0%，鐵(Fe)的質量百分比為2. (Γ6. 0%，余量為銅(Cu)和少量雜質元素，各組份的質量百分比之和為
100% O本發明的技術方案之二是
一種鋯微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，其特征是
首先，將鎳鋁青銅熔化后，然后加入Al-Zr中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；SP可獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。所述的Al-Zr中間合金中Zr的質量百分比為3. 699 4. 521%。所述的Al-Zr中間合金中Zr的最佳質量百分比為4. 11%。本發明的有益效果是
(I)本發明鋯微合金化的鎳鋁青銅，具有組織晶粒細小、硬度高、抗腐蝕性好、摩擦系數低等特點。如本發明鋯微合金化的鎳鋁青銅(以實施例一為例)，其硬度(HV)為229. 3HV,比常規鎳鋁青銅(以對比例一為例)的硬度212. 125 HV提高了 8. 1% ;再如，按國標GB10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02295 mm/a (以實施例一為例)，比常規鎳鋁青銅(以對比例一為例)的均勻腐蝕速率O. 02424 mm/a 降低了 5. 3%0(2)本發明鋯微合金化的鎳鋁青銅(以實施例一為例)，在高頻往復摩擦磨損試驗機上(頻率20Hz，載荷IN,時間IOmin,沖程O. 8 1_，摩擦對偶件為直徑4 mm的Si3N4球)的干摩擦系數為O. 0238，比常規鎳鋁青銅(以對比例一為例)的干摩擦系數O. 0272降低了
12.5% ;在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0243(以實施例一為例)，比常規鎳鋁青銅(以對比例一為例)的濕摩擦系數O. 0251降低了 3. 19 %，摩擦系數顯著降低。(3)本發明通過大量的試驗獲得了理想的制備方法，按本發明所述的工藝參數能容易地得到符合要求的鋯微合金化的鎳鋁青銅材料。
(4)本發明公開了一種鋯微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，一定程度上打破了國外對高性能鎳鋁青銅的技術封鎖，可滿足我國大型艦船螺旋槳、水泵、閥門、海水淡化設備等領域的需求。


圖I是本發明實施例一的鋯微合金化的鎳鋁青銅金相組織。圖2是本發明對比例一的常規鎳鋁青銅金相組織。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例一。如圖I所示。一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法為
按8. 9577kg配制為例。首先，將8. 85kg自制(見對比例一)或市售鎳鋁青銅(成分79. 77Cu，l. ΙΜη，8. 84A1，5. 05Fe，4. 54Ni，0. 58Zn,實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化后加入107. 7g Al-Zr中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr(鋯的含量以3. 699 4. 521%為佳)，0. 20%Fe，O. 10%Si ) (Zr的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規方法自行配制；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f 5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的復合微合金化后的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 43% Ni,9. 92%Al，I. 07% Mn, 5. 24% Fe, O. 52%Zn,0. 045% Zr，余量為銅和少量雜質元素。本實施例的鋯微合金化后的鎳鋁青銅組織細小(圖1)，其硬度(HV)為229. 3HV，按國標GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02295 mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時，在空氣中的干摩擦系數為O. 0238，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0243。
實施例二。一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法為
按8. 9577kg配制為例。首先，將8. 855kg 鎳鋁青銅(成分78. 34Cu, I. 30Μη，9· 94Α1，5· 52Fe，4. 30Ni,0. 43Zn，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化后加入102. 7gAl-Zr 中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr, O. 20%Fe, O. 10%Si ) (Zr 的損失率約為 8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規方法自行配制；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鋯微合金化后的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 29 % Ni, 10. 91%Al, I. 28 % Mn, 5. 69% Fe, O. 40%Zn, O. 0434% Zr，余量為銅和少量雜質元素。 實施例三。一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法為
按8. 9577kg配制為例。首先，將8. 887kg自制(見對比例一)或市售鎳鋁青銅(成分79. 77Cu，I. ΙΜη，8. 84A1，5. 05Fe，4. 54Ni，0. 58Zn,實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化后加入71. 07g Al-Zr中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr(鋯的含量以3. 699 4. 521%為佳)，0. 20%Fe，O. 10%Si ) (Zr的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規方法自行配制；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f 5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鋯微合金化后的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 43% Ni,9. 92%Al，I. 07% Mn, 5. 24% Fe, O. 52%Zn,0. 03% Zr，余量為銅和少量雜質元素。實施例四。一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其制備方法為
按8. 9577kg配制為例。首先，將8. 721kg自制(見對比例一)或市售鎳鋁青銅(成分79. 77Cu，l. ΙΜη，8. 84A1，5. 05Fe，4. 54Ni，0. 58Zn,實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化后加入236. 9g Al-Zr中間合金(95. 69%A1, 4. ll%Zr(鋯的含量以3. 699 4. 521%為佳)，0. 20%Fe，O. 10%Si ) (Zr的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規方法自行配制；待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置保溫f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。本實施例的鋯微合金化后的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 43% Ni,9. 92%Al, I. 07% Mn, 5. 24% Fe, O. 52%Zn,0. 1% Zr，余量為銅和少量雜質元素。金相組織顯示，實施例二 四的鋯微合金化后的鎳鋁青銅的組織結構及機械性能與實施例一相近似。對比例一。如圖2所示。
一種常規鎳鋁青銅，按以下方法制備而成 按7. 2268kg配制為例。首先，將7. 2268 kg鎳鋁青銅熔化后，加入淸渣劑(除去雜質)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即得常規鎳鋁青銅。本對比例的鎳鋁青銅經光譜實際測量成分為4. 54% Ni,8. 84%A1,1.20% Mn，5. 05% Fe,O. 44%Zn，余量為銅和少量雜質元素。本對比例的鎳鋁青銅組織粗大(圖2)，其硬度(HV)為212. 125HV，按國標GB10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02424 mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時，在空氣中的干摩擦系數為O. 0272，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數為O. 0251。以上僅列出了幾個常見鋯微合金化的鎳鋁青銅的配比及制造方法，本領域的技術人員可以根據上述實施例，適當地調整各組份的配比并嚴格按上述步驟進行制造，即可獲·得理想的鋯微合金化的鎳鋁青銅。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種鋯微合金化的鎳鋁青銅，其特征在于它主要由鎳鋁青銅和鋯(Zr)組成，其中鋯的質量百分比為O. 03、. 1%，余量為鎳鋁青銅。
2.根據權利要求I所述的鋯微合金化的鎳鋁青銅的制備方法，其特征在于 首先，將鎳鋁青銅熔化后，加入Al-Zr中間合金； 其次,待全部熔化后,加入淸渣劑以除去雜質,接著通入高純氮氣精煉； 最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠； 即可獲得鋯微合金化的鎳鋁青銅。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征是所述的Al-Zr中間合金中Zr的質量百分比為 3. 699 4. 521%。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是所述的Al-Zr中間合金中Zr的最佳質量百分比為4. 11%。
全文摘要
一種鋯微合金化的鎳鋁青銅及其制備方法，其特征是該合金主要由鎳鋁青銅及鋯(Zr)組成，鋯的質量百分比為0.03~0.1%。該合金的制備工藝流程為首先，將鎳鋁青銅熔化后，然后加入Al-Zr中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑，接著通入高純氮氣精煉3min；最后，倒入澆包，靜置保溫1~5min后，除渣并澆鑄成錠。與常規鎳鋁青銅相比，本發明合金組織細小，其硬度提高8.1％，在3.5%NaCl溶液中的均勻腐蝕速率降低5.3％，并且摩擦系數顯著下降，在海上艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺、海水管路系統、機械模具以及在高速、高壓和高溫下工作的軸承、襯套、渦輪等領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C22C1/06GK102899522SQ201210417110
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者何峰林, 何峰明, 丁志紅, 許曉靜, 潘勵, 陳樹東, 王宏宇, 楚滿軍 申請人:鎮江金葉螺旋槳有限公司