本發明涉及銅合金
技術領域：
，特別涉及一種替代鈹青銅的銅合金材料及其制備方法。
背景技術：
：銅鈹合金熔合而成的鈹青銅具有優越的性能，比如其屈服強度能高于965mpa，因此被廣泛應用于航空航天領域的襯套等高端產品零部件。然而，因為鈹具有一定的毒性，人體一旦吸入相應計量的其粉塵，將會引起致命性的肺部疾病，因此美國職業安全與健康管理局呼吁減少鈹的使用量。工業生產當中，現有的幾種材料如鋁青銅的屈服強度為431mpa，銅-鎳-錫合金屈服強度為724mpa，這些材料的性能都不能夠達到鈹青銅的程度，應此一直不能夠作為鈹青銅的替代材料。因此，可完全替代鈹青銅的材料將是未來的一種趨勢并能夠在市場中占據優勢。技術實現要素：針對上述問題，本發明的目的是提供一種替代鈹青銅的銅合金材料及其制備方法，解決市場對鈹青銅替代材料的需求，進而解決因為鈹的使用而對人體產生的危害。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳3-8％，錫0.5-1.5％，鋁8-14％，錳0.05-1％，鍍鎳碳化硅0.1-0.5％，鐵0.1-0.5％，磷0.05-0.5％，余量為銅。進一步地，一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳3％，錫0.5％，鋁8％，錳0.05％，鍍鎳碳化硅0.1％，鐵0.1％，磷0.05％，余量為銅。進一步地，一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳8％，錫1.5％，鋁14％，錳1％，鍍鎳碳化硅0.5％，鐵0.5％，磷0.5％，余量為銅。進一步地，一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳5％，錫1％，鋁11％，錳0.45％，鍍鎳碳化硅0.3％，鐵0.3％，磷0.25％，余量為銅。進一步地，錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅都彌散均布在銅合金材料中并呈顆粒狀，顆粒的粒徑為100μm-150μm。進一步地，一種上述的銅合金材料的制備方法，包括：(1)按照所需配比制備銅鎳合金溶液，并在1000℃-1050℃將銅鎳合金溶液保溫0.5-1小時；(2)按照所需配比制備鋁錫合金溶液，并在700℃-750℃將鋁錫合金溶液保溫0.5-1小時；(3)將保溫完成的鋁錫合金溶液添加到保溫完成的銅鎳合金中，進行攪拌之后升溫至1200℃-1250℃；(4)按照所需配比將粒徑均為100μm-150μm的錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅粉末顆粒混合均勻后添加到(3)得到的混合好的合金溶液中，進行攪拌使其完全均勻分散到混合好的合金溶液中，然后在1200℃-1250℃保溫0.5-1小時；(5)對(4)得到的混有粉末顆粒的合金溶液進行成分檢驗，以確定其中各組份在所需范圍之內；(6)采用連續鑄造的方式將經(5)檢驗合格的混有粉末顆粒的合金溶液鑄造成銅合金錠，并在600℃-650℃下對銅合金錠回火處理1.5-2小時；(7)將銅合金錠軋制成需要的規格，并在400℃-450℃對軋制完成后的銅合金材料回火處理1.5-2小時，然后將處理完成后的銅合金材料放入濃度為5％-15％的鹽水中冷卻，制得替代鈹青銅的銅合金材料。進一步地，制備銅鎳合金溶液的方法為：按照配比將電解銅﹑鎳﹑錫置于工頻電爐內，加熱至1100℃-1150℃，熔煉2.5-3小時，得到完全熔化的銅鎳合金溶液。進一步地，制備鋁錫合金溶液的方法為：按照配比將鋁錠﹑錫置于工頻電爐內，加熱至750℃-800℃，熔煉1.5-2小時，得到完全熔化的鋁錫合金溶液。進一步地采用石墨棒進行(3)中的攪拌和(4)中的攪拌。進一步地，采用六輥軋機進行(7)中的軋制。由于采用以上技術方案，本發明與現有技術相比具有如下有益技術效果：本發明將銅鎳合金材料與鋁錫合金材料完全融合，形成相應的多元合金相，使該合金相達到替代鈹-銅合金中的鈹元素所需的強度；并且在合金中添加錳、碳化硅、磷等其他微量元素，利用多個微量元素的作用結合相應的軋制及鹽水淬火工藝，從而使替代鈹青銅的銅合金材料的屈服強度大于1000mpa。因此本發明在實現替代有毒的鈹元素的同時，又提高了替代鈹青銅的銅合金材料的性能，從而實現完全替代鈹青銅的目標。具體實施方式為了本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實施例，為本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。實施例1一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳3％，錫0.5％，鋁8％，錳0.05％，鍍鎳碳化硅0.1％，鐵0.1％，磷0.05％，余量為銅。其中錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅都彌散均布在銅合金材料中并呈顆粒狀，顆粒的粒徑為100μm-150μm。在本實施例中上述替代鈹青銅的銅合金材料通過以下方法制得：(1)制備銅鎳合金溶液：按照配比將電解銅﹑鎳﹑錫置于工頻電爐內，加熱至1100℃，熔煉3小時，得到完全熔化的銅鎳合金溶液，并在1000℃將銅鎳合金溶液保溫1小時；(2)制備鋁錫合金溶液：按照配比將鋁錠﹑錫置于工頻電爐內，加熱至750℃，熔煉2小時，得到完全熔化的鋁錫合金溶液，并在700℃將鋁錫合金溶液保溫1小時；(3)將保溫完成的鋁錫合金溶液添加到保溫完成的銅鎳合金中，用石墨棒進行攪拌之后升溫至1200℃；(4)按照所需配比將粒徑均為100μm-150μm的錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅粉末顆粒混合均勻后添加到步驟(3)得到的混合好的合金溶液中，用石墨棒進行攪拌使其完全均勻分散到混合好的合金溶液中，然后在1200℃保溫1小時，該保溫過程也在工頻電爐中進行；(5)從工頻電爐中取出步驟(4)得到的混有粉末顆粒的合金溶液的樣品，用德國進口斯派克直讀光譜儀對其進行成分檢驗，以確定其中各組分在所需范圍之內；(6)采用連續鑄造的方式將經步驟(5)檢驗合格的混有粉末顆粒的合金溶液鑄造成銅合金錠，并在600℃下對該銅合金錠回火處理2小時，該回火處理在廂式退火爐中進行；(7)用六輥軋機將銅合金錠軋制成需要的規格，并在400℃對軋制完成后的銅合金材料回火處理2小時，該回火處理也在廂式退火爐中進行，然后將處理完成后的銅合金材料放入濃度為5％的鹽水中冷卻，制得替代鈹青銅的銅合金材料。按照相關需求，對冷卻完成后的替代鈹青銅的銅合金材料進行探傷機矯直，并按照需要的長度切割并包裝入庫。在上述方法中，步驟(4)中的錳、鐵和磷是采用研磨的方式進行粉末化處理后制得的，鍍鎳碳化硅顆粒是將碳化硅粉末化處理后再經鍍鎳處理后制得的。實施例2一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳8％，錫1.5％，鋁14％，錳1％，鍍鎳碳化硅0.5％，鐵0.5％，磷0.5％，余量為銅。其中錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅都彌散均布在銅合金材料中并呈顆粒狀，顆粒的粒徑為100μm-150μm。在本實施例中上述替代鈹青銅的銅合金材料通過以下方法制得：(1)制備銅鎳合金溶液：按照配比將電解銅﹑鎳﹑錫置于工頻電爐內，加熱至1150℃，熔煉3小時，得到完全熔化的銅鎳合金溶液，并在1050℃將銅鎳合金溶液保溫0.5小時；(2)制備鋁錫合金溶液：按照配比將鋁錠﹑錫置于工頻電爐內，加熱至800℃，熔煉2小時，得到完全熔化的鋁錫合金溶液，并在700℃將鋁錫合金溶液保溫1小時；(3)將保溫完成的鋁錫合金溶液添加到保溫完成的銅鎳合金中，用石墨棒進行攪拌之后升溫至1200℃；(4)按照所需配比將粒徑均為100μm-150μm的錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅粉末顆粒混合均勻后添加到步驟(3)得到的混合好的合金溶液中，用石墨棒進行攪拌使其完全均勻分散到混合好的合金溶液中，然后在1200℃保溫45分鐘，該保溫過程也在工頻電爐中進行；(5)從工頻電爐中取出步驟(4)得到的混有粉末顆粒的合金溶液的樣品，用德國進口斯派克直讀光譜儀對其進行成分檢驗，以確定其中各組分在所需范圍之內；(6)采用連續鑄造的方式將經步驟(5)檢驗合格的混有粉末顆粒的合金溶液鑄造成銅合金錠，并在650℃下對該銅合金錠回火處理2小時，該回火處理在廂式退火爐中進行；(7)用六輥軋機將銅合金錠軋制成需要的規格，并在450℃對軋制完成后的銅合金材料回火處理2小時，該回火處理也在廂式退火爐中進行，然后將處理完成后的銅合金材料放入濃度為10％的鹽水中冷卻，制得替代鈹青銅的銅合金材料。按照相關需求，對冷卻完成后的替代鈹青銅的銅合金材料進行探傷機矯直，并按照需要的長度切割并包裝入庫。在上述方法中，步驟(4)中的錳、鐵和磷是采用研磨的方式進行粉末化處理后制得的，鍍鎳碳化硅顆粒是將碳化硅粉末化處理后再經鍍鎳處理后制得的。實施例3一種替代鈹青銅的銅合金材料，由以下重量百分數的組分組成：鎳5％，錫1％，鋁11％，錳0.45％，鍍鎳碳化硅0.3％，鐵0.3％，磷0.25％，余量為銅。其中錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅都彌散均布在銅合金材料中并呈顆粒狀，顆粒的粒徑為100μm-150μm。在本實施例中上述替代鈹青銅的銅合金材料通過以下方法制得：(1)制備銅鎳合金溶液：按照配比將電解銅﹑鎳﹑錫置于工頻電爐內，加熱至1150℃，熔煉2.5小時，得到完全熔化的銅鎳合金溶液，并在1050℃將銅鎳合金溶液保溫0.5小時；(2)制備鋁錫合金溶液：按照配比將鋁錠﹑錫置于工頻電爐內，加熱至800℃，熔煉1.5小時，得到完全熔化的鋁錫合金溶液，并在750℃將鋁錫合金溶液保溫0.5小時；(3)將保溫完成的鋁錫合金溶液添加到保溫完成的銅鎳合金中，用石墨棒進行攪拌之后升溫至1250℃；(4)按照所需配比將粒徑均為100μm-150μm的錳、磷、鐵和鍍鎳碳化硅粉末顆粒混合均勻后添加到步驟(3)得到的混合好的合金溶液中，用石墨棒進行攪拌使其完全均勻分散到混合好的合金溶液中，然后在1250℃保溫0.5小時，該保溫過程也在工頻電爐中進行；(5)從工頻電爐中取出步驟(4)得到的混有粉末顆粒的合金溶液的樣品，用德國進口斯派克直讀光譜儀對其進行成分檢驗，以確定其中各組分在所需范圍之內；(6)采用連續鑄造的方式將經步驟(5)檢驗合格的混有粉末顆粒的合金溶液鑄造成銅合金錠，并在650℃下對該銅合金錠回火處理1.5小時，該回火處理在廂式退火爐中進行；(7)用六輥軋機將銅合金錠軋制成需要的規格，并在450℃對軋制完成后的銅合金材料回火處理1.5小時，該回火處理也在廂式退火爐中進行，然后將處理完成后的銅合金材料放入濃度為15％的鹽水中冷卻，制得替代鈹青銅的銅合金材料。按照相關需求，對冷卻完成后的替代鈹青銅的銅合金材料進行探傷機矯直，并按照需要的長度切割并包裝入庫。在上述方法中，步驟(4)中的錳、鐵和磷是采用研磨的方式進行粉末化處理后制得的，鍍鎳碳化硅顆粒是將碳化硅粉末化處理后再經鍍鎳處理后制得的。本發明的替代鈹青銅的銅合金材料與鈹青銅的力學性能對比結果如下表所示：表1本發明的銅合金材料與鈹青銅的力學性能對比結果屈服強度/mpa實施例11010實施例21020實施例31000鈹青銅965通過表1的數據可以看出，本發明在實現替代有毒的鈹元素的同時，又提高了替代鈹青銅的銅合金材料的性能，從而實現完全替代鈹青銅的目標。以上所述實施僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁12