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一種高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法技術(shù)

技術(shù)編號：44392207 閱讀：2 留言：0更新日期：2025-02-25 10:07

本發(fā)明專利技術(shù)涉及銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，包括如下步驟：S1、原材料準(zhǔn)備，S2、熔煉鑄造，S3、均勻化處理，S4、鍛造加工，S5、固溶淬火，S6、時效處理；還公開了由上述制備方法制備得到的銅鎳錫合金材料。本發(fā)明專利技術(shù)，通過向銅鎳錫合金中添加錳和鈮等微量元素，改變晶體內(nèi)部組織，細化組織晶粒，進一步提高銅鎳錫合金的硬度和抗拉強度，避免合金組織晶粒中不連續(xù)沉淀的持續(xù)析出；采用自由鍛造和小變形鍛造相結(jié)合的鍛造工藝，同時采用固溶處理工藝和時效處理工藝，使得上述元素充分溶解到銅基體中，大大緩解了鍛造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，進一步提高了合金材料的強度和硬度。

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【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及銅合金材料，具體是一種高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法。

技術(shù)介紹

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對合金材料的性能要求日益提高。在眾多合金材料中，銅鎳錫合金因其良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性以及一定的強度和硬度，在電子、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

2、然而，傳統(tǒng)的銅鎳錫合金在硬度和抗拉強度方面逐漸難以滿足一些高端應(yīng)用場景的嚴(yán)苛需求。例如，在電子設(shè)備的散熱部件制造中，需要合金材料具備更高的強度以承受復(fù)雜的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，而現(xiàn)有銅鎳錫合金的力學(xué)性能有限，可能導(dǎo)致散熱部件在長期使用過程中出現(xiàn)變形、損壞等問題，影響電子設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。

3、在航空航天領(lǐng)域，對于結(jié)構(gòu)件的材料要求更為苛刻，不僅需要具備高強度和硬度，還需要在極端環(huán)境下保持良好的性能穩(wěn)定性。傳統(tǒng)銅鎳錫合金的組織晶粒相對粗大，內(nèi)部存在不連續(xù)沉淀持續(xù)析出的問題，這使得合金的強度和硬度無法進一步提升，限制了其在航空航天關(guān)鍵部件中的應(yīng)用。

4、汽車制造行業(yè)同樣面臨著類似的挑戰(zhàn)，發(fā)動機部件、傳動系統(tǒng)等需要使用高強度的合金材料來提高零部件的耐磨性和可靠性，降低能耗和維護成本。但現(xiàn)有銅鎳錫合金的性能瓶頸阻礙了其在這些關(guān)鍵部位的廣泛應(yīng)用，迫切需要一種新的技術(shù)方案來突破這些限制，提高銅鎳錫合金的綜合性能，以滿足不斷發(fā)展的工業(yè)需求。

5、因此，研發(fā)一種能夠顯著提高硬度和抗拉強度、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)的高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的市場前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

<p>1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：

3、一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、原材料準(zhǔn)備

5、按照質(zhì)量百分比稱取鎳板8～10wt％、錫塊5～7wt％、錳片0～0.2wt％、鈮片0～0.4wt％，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì)；鎳純度≥99.9%，錫純度≥99.9%，錳純度≥99.5%，鈮純度≥99.5%，銅純度≥99.9%。

6、將稱取好的上述原料放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝中，抽真空至爐內(nèi)壓力低于pa，然后充入高純氬氣作為保護氣體，防止金屬在熔煉過程中氧化。

7、s2、熔煉鑄造

8、以10-15℃/min的升溫速率將爐料加熱至1200-1300℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫30-40min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入改性澆注劑，繼續(xù)攪拌15-20min，使其均勻分散在合金液中；

9、采用底注式鑄造方法，將熔化均勻且添加了改性澆注劑的合金液澆注到預(yù)熱至300-400℃的鑄模中，鑄模采用石墨材質(zhì)，以保證良好的脫模性能和鑄錠表面質(zhì)量，得到直徑為80mm的鑄錠；

10、s3、均勻化處理

11、將鑄錠放入電阻加熱爐中，以5-8℃/min的升溫速率加熱至800℃，并在該溫度下保溫8h，消除鑄錠內(nèi)成分的不均勻分布并促進晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性，均勻化處理后，隨爐冷卻至600℃，然后取出空冷至室溫；

12、s4、鍛造加工

13、采用自由鍛造以及小變形鍛造相結(jié)合的方式對上述鑄錠進行鍛造，鍛造完成后，將鍛件進行空冷至室溫，然后進行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機械打磨相結(jié)合的方法，使表面粗糙度達到ra0.8-ra1.6μm；

14、s5、固溶淬火

15、將清理后的鍛件放入鹽浴爐中，鹽浴介質(zhì)采用50%+50%的混合鹽，以10-12℃/min的升溫速率加熱至820℃，并在此溫度下保溫1h，使元素充分溶解到基體中，形成過飽和固溶體，并緩解鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，固溶處理后，迅速將鍛件從鹽浴爐中取出，放入60-80℃的熱水中進行淬火，淬火時間控制在3-5min，以保證獲得良好的固溶效果和組織形態(tài)；

16、s6、時效處理

17、將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在200-500℃下進行時長為10-960分鐘的時效處理，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性；

18、時效處理完成后，隨爐冷卻至室溫，得到最終的銅鎳錫合金材料。

19、作為本專利技術(shù)進一步的方案：改性澆注劑的制備方法為：取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%-5%的納米二氧化硅，在60-70℃下高速攪拌30-40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液；

20、向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-15%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑，在70-80℃下進行乳液聚合反應(yīng)2-3h，得到聚合產(chǎn)物。

21、將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌3-5次，然后在50-60℃下真空干燥4-6h，得到改性澆注劑。

22、作為本專利技術(shù)進一步的方案：引發(fā)劑采用過硫酸銨，引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%-1%。

23、作為本專利技術(shù)進一步的方案：自由鍛造過程：初始鍛造溫度控制在850-900℃，先采用大噸位水壓機進行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1-3次，以改善鑄錠的內(nèi)部組織均勻性和致密性；然后進行拔長操作。

24、作為本專利技術(shù)進一步的方案：拔長操作過程為：將鐓粗后的坯料沿軸向進行拔長，每次拔長的變形量控制在20%-30%，拔長過程中的送進量與單邊壓下量之比控制在0.5-0.8，拔長速度控制在3-5mm/s，每拔長2-4次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達到預(yù)定尺寸的1.2-1.5倍。

25、作為本專利技術(shù)進一步的方案：小變形鍛造過程：將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至800-850℃，采用精鍛機進行小變形鍛造精鍛機的鍛造頻率設(shè)置為80-100次/min，每次的壓下量控制在2-3mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。

26、作為本專利技術(shù)進一步的方案：酸洗方式為：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗時間控制在10-15min；機械打磨方式為：酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進行打磨。

27、本專利技術(shù)還公開了一種高強度銅鎳錫合金材料，采用上述制備工藝制備得到：

28、所述高強度銅鎳錫合金材料包括如下質(zhì)量百分比成分：鎳板8～10wt％、錫塊5～7wt％、錳片0～0.2wt％、鈮片0～0.4wt％，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì)。

29、所述銅鎳錫合金材料的直徑為80mm，截面尺寸為20mm×20mm，抗拉強度≥850mpa，維氏硬度≥400hv。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：

31、1、本專利技術(shù)通過向銅鎳錫合金中添加錳和鈮等微量元素，改變本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

1.一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，改性澆注劑的加入量為合金液質(zhì)量的0.2%-0.3%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，改性澆注劑的制備方法為：取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%-5%的納米二氧化硅，在60-70℃下高速攪拌30-40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，引發(fā)劑采用過硫酸銨，引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%-1%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，自由鍛造過程：初始鍛造溫度控制在850-900℃，先采用大噸位水壓機進行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1-3次；然后進行拔長操作。

6.根據(jù)權(quán)利要求

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，小變形鍛造過程：將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至800-850℃，采用精鍛機進行小變形鍛造精鍛機的鍛造頻率設(shè)置為80-100次/min，每次的壓下量控制在2-3mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，酸洗方式為：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗時間控制在10-15min；機械打磨方式為：酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進行打磨。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的高強度銅鎳錫合金材料的制備方法制備得到的高強度銅鎳錫合金材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高強度銅鎳錫合金材料，其特征在于，所述銅鎳錫合金材料的直徑為80mm，截面尺寸為20mm×20mm，抗拉強度≥850MPa，維氏硬度≥400HV。

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，改性澆注劑的加入量為合金液質(zhì)量的0.2%-0.3%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，改性澆注劑的制備方法為：取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%-5%的納米二氧化硅，在60-70℃下高速攪拌30-40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，引發(fā)劑采用過硫酸銨，引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%-1%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，自由鍛造過程：初始鍛造溫度控制在850-900℃，先采用大噸位水壓機進行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1-3次；然后進行拔長操作。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，拔長操作過程為：將鐓粗后的坯料沿軸向進行拔長，每次拔長的變形量控制在20%-30%，拔長過程中的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳希春，張勇，張豪，張鑫宇，高偉，
申請(專利權(quán))人：國工恒昌新材料義烏有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：

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