【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于銅合金領域，具體涉及一種銅合金材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、錫硅黃銅焊絲的應用主要涉及制造業、電子電工、化工、汽車制造、航空航天、船舶建造、家用電器和金屬藝術品制作等行業。在機械制造過程中，錫硅黃銅焊絲由于其優良的焊接性能和物理性能，常用于焊接各種機械零部件，如軸承、齒輪和軸類部件。精密設備或儀器中的零部件往往對焊接質量有更高的要求，錫硅黃銅焊絲能夠提供較高強度和較高精度的焊接，確保產品的質量和性能。
2、在電子和電氣工程領域，良好的電氣導電性是關鍵因素，錫硅黃銅焊絲能夠用于制造和維修導電零件，保證電氣設備的正常運行。海洋工程中的水下焊接作業面臨高壓和腐蝕環境的挑戰，錫硅黃銅焊絲因其較好的耐腐蝕性能而被廣泛使用。在汽車制造業中，錫硅黃銅焊絲用于焊接各種汽車零部件，如發動機部件、排氣系統等，提高車輛的整體性能。
3、根據上述應用領域，錫硅黃銅焊絲主要適用于鐵合金與鋼、鐵與鐵、銅與鐵焊接，其焊接方式也有多種，其一是將焊絲制成環狀，采用電磁感應加熱，使焊環熔化形成焊縫，這需要材料本身具有一定的塑性，滿足焊環的成型要求，另外，需要焊絲材料本身具有低熔點特性，滿足材料在熔化時具有較好的流動性，能夠滿足母材之間填充的完整性，減少表面成型性差的缺陷。另外還包括氣焊、手工電弧焊、氬弧焊等，滿足不同焊接需求。
4、傳統的錫硅黃銅焊絲材料(bcu60znsnsi)焊縫的成型性較好，但其焊縫和熱影響區裂紋和氣孔傾向大，導電性低，焊縫強度一般，可加工性能及耐腐蝕性能一般，已經逐漸滿足不了現代工
5、專利文獻cn109434318a公開了一種錫黃銅合金焊料，包括有61.5-63wt％的cu、0.7-1.0wt％的sn、0.4-0.8wt％的si、0.02-0.2wt％的ni、0.02-0.2wt％的al、0.02-0.15wt％的as、0.02-0.2wt％的ti，其余為zn和不可避免的雜質，其中cu和zn總含量大于97.0wt％。該專利技術中的錫黃銅合金焊料的熔點較高，強度較低，且焊接過程中，其焊點和熱影響區會出現裂紋和氣孔的概率較高，使得產品的良品率較低，該專利技術中并未對材料的導電性能進行研究。
6、鑒于現有技術中黃銅焊料的不足，尋求一種焊縫成型性好、導電性能好、熱裂紋、氣孔傾向小、強度高、可加工性能和耐腐蝕性能高的黃銅材料具有重要的意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種銅合金材料及其制備方法與應用。本專利技術的銅合金材料具有優異的導電性能、較低的熔點以及高的強度和優異的耐蝕性能，且具有焊縫成型性好、易加工等特性，能夠滿足現代工業發展焊接材料需要。
2、本專利技術第一個方面提供了一種銅合金材料，包括以下質量百分含量的組分，cu：56-64％，sn：0.5-2.0％，si：0.1-1.0％，余量為zn和不可避免的雜質，其中不可避免的雜質含量≤0.1％；所述銅合金材料的微觀組織包括α相、β相、sn相和si相，其中10％≤α相面積比例≤30％，60％≤β相面積比例≤80％，5000個/mm2≤sn粒子數≤20000個/mm2，2000個/mm2≤si粒子數≤10000個/mm2。
3、本專利技術通過控制合金的成分、含量以及微觀組織的結構來調控銅合金材料的性能。sn元素是材料的主要強化元素，以單相質點的形式均勻分布在基體中，產生彌散強化，當材料發生變形時，阻礙位錯的滑移，產生位錯塞積，提高材料的強度。在高溫和腐蝕性環境下，錫能夠在銅基體表面形成一層致密的氧化錫(sno2)保護膜。這層膜具有穩定性，能夠防止基材進一步氧化，從而增強材料的耐腐蝕性能。在焊接時，錫提高材料的流動性和潤濕性，優良的流動性能保證焊絲在焊接過程中能夠均勻填充焊縫，形成平滑的焊縫表面。良好的潤濕性能使得焊絲與母材之間能夠緊密結合，提高焊接質量。
4、本專利技術的sn含量為0.5-2.0％之間，當sn含量低于0.5％時，一是對材料強度、耐蝕性能提升不大，二是材料焊接時的流動性不足和潤濕性較差，導致焊縫的成型性和結合能力較差，焊縫的強度和耐蝕性能較低。當sn含量高于2.0％時，材料的強度和耐蝕性能會有很大提高，但是由于sn的熔點(231℃)較低，會使得材料在焊接時流動性過于好，導致焊縫的成型性較差，降低焊縫的使用壽命。
5、si元素是材料的主要強化元素，以單相質點的形式均勻分布在基體中，產生彌散強化，當材料發生變形時，阻礙位錯的滑移，產生位錯塞積，提高材料的強度。在焊接時，si會與熔池中的氧發生反應生成sio2，以熔渣的形式排出，減少氣孔的形成，另外還可以有效控制鋅的蒸發，確保焊縫的完整性和良好的機械性能。
6、本專利技術的si含量在0.1-1.0％，當si含量低于0.1％時，材料的強度提高較少，焊接時除氣不足，會導致焊縫出現氣孔，降低焊縫的性能。當si含量高于1.0％時，容易在焊接時與氧反應生成較多低熔點的硅酸鹽。這不僅增加了熔渣和熔化金屬的流動性，還可能導致噴濺現象，從而影響焊縫的質量，容易產生裂紋。此外，硅含量較高能急劇降低鋼的焊接性能，因為它能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性，并且還可能引起裂紋，進一步影響焊接接頭的質量和強度。
7、zn含量在36-46％的條件下，材料為α+β雙相黃銅，超過46％就是β單相黃銅，本專利技術通過控制合金中各元素的含量以及后續退火參數控制材料中各相的面積占比以及si和sn的粒子數。α相是以cu為基體的相，屬于軟相，過多會降低焊縫的強度，所以本專利技術限定10％≤α相面積比例≤30％。同時本專利技術控制60％≤β相面積比例≤80％，保證焊縫強度。si和sn的粒子數會影響材料的脆性和焊縫的脆性以及焊接時金屬的流動性，本專利技術通過將si和sn的粒子數控制在上述范圍，可避免其發生聚集，減低材料和焊縫的脆性，使得焊縫的成型性較好。
8、優選地，所述的銅合金材料中包括p，所述p的含量為0.001-0.3％。
9、p元素為材料中的脫氧劑、也同時起到細化晶粒和增加熔體流動性的作用，p會與熔體中的氧發生反應生成p2o5揮發掉，達到脫氧目的。在凝固時會阻礙晶粒發生長大，達到細化晶粒的目的。
10、本專利技術將銅合金材料中的p含量控制在0.001-0.3％。當p含量低于0.001％時，其脫氧、細化晶粒和增加熔體流動性的作用較小；當p含量高于0.3％時，和cu發生反應生成cu3p相比例增加，cu3p是一種脆性相，其會降低材料的塑性，惡化材料的使用性能。在焊接鋼材時，p會大量固溶進入到鋼材中，產生冷脆，降低焊縫的強度。
11、在銅合金材料中加入p，p會與cu發生反應生成cu3p相。優選地，所述cu3p相面積比例滿足：0.2％≤cu3p相面積比例≤3％。cu3p相是一種硬相和具有耐磨特征，少量的cu3p相可以提高材料的強度和耐磨等性能，也可以提高焊縫的強度和耐磨性能，當其過多會使的材料變脆，同時焊縫也會變脆，影響焊縫的性能。本專利技術將cu3p相的面積比例控制在上述范圍，可以提高材料本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種銅合金材料，其特征在于，包括以下質量百分含量的組分，Cu：56-64％，Sn：0.5-2.0％，Si：0.1-1.0％，余量為Zn和不可避免的雜質，其中不可避免的雜質含量≤0.1％；所述銅合金材料的微觀組織包括α相、β相、Sn相和Si相，其中10％≤α相面積比例≤30％，60％≤β相面積比例≤80％，5000個/mm2≤Sn粒子數≤20000個/mm2，2000個/mm2≤Si粒子數≤10000個/mm2。
2.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中包括P，所述P的含量為0.001-0.3％。
3.根據權利要求2所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中包括Cu3P相，所述Cu3P相的面積比例滿足：0.2％≤Cu3P相面積比例≤3％。
4.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中氧含量≤20ppm。
5.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中包括稀土元素，所述的稀土元素的含量為0.01-0.1％；所述的稀土元素優選包括La、Ce或Y中的至少一種。p>
6.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料的體積電阻率≤0.07Ω·mm2/m，熔點≤860℃。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料為銅合金焊絲。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的銅合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將合金熔體進行上引連鑄+電磁攪拌→大拉絲+第一次在線退火→中拉絲+第二次在線退火；
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的大拉絲的加工率≥40％。
10.根據權利要求1-7中任一項所述的銅合金材料在焊接領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種銅合金材料，其特征在于，包括以下質量百分含量的組分，cu：56-64％，sn：0.5-2.0％，si：0.1-1.0％，余量為zn和不可避免的雜質，其中不可避免的雜質含量≤0.1％；所述銅合金材料的微觀組織包括α相、β相、sn相和si相，其中10％≤α相面積比例≤30％，60％≤β相面積比例≤80％，5000個/mm2≤sn粒子數≤20000個/mm2，2000個/mm2≤si粒子數≤10000個/mm2。
2.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中包括p，所述p的含量為0.001-0.3％。
3.根據權利要求2所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中包括cu3p相，所述cu3p相的面積比例滿足：0.2％≤cu3p相面積比例≤3％。
4.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，所述的銅合金材料中氧含量...
【專利技術屬性】
技術研發人員：段超男，張寶，瞿福水，劉喆，
申請(專利權)人：寧波金田銅業集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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