一種海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及銅基合金材料，特別是涉及一種海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料。
【背景技術】
[0002]碳化鈦(TiC)，熔點高、導熱性能好、硬度大、化學穩定好、不水解、高溫抗氧化性好。高純度的碳化鈦(Tie)粉末是一種由二氧化鈦(Ti02)與炭黑在通氫氣的碳管爐或調頻真空爐內于1600°C-1800°C高溫下反應制得的一種原材料。由于碳化鈦(TiC)硬度大，具有良好的力學性能，因此是硬質合金生產的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、機械零件等，還可制作熔煉錫、鉛、鎘、鋅等金屬的坩禍。
[0003]國標銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)是一種多組分鑄造青銅材料，具有耐磨性較好、易加工、鑄造性能好、氣密性好、耐腐蝕、可在流動海水中工作的特性。因此，主要應用于制造在各種液體燃料及海水、淡水和蒸汽(<225°C)中工作的零部件，以及壓力< 2.5MPa的閥門和管配件。但是，由于銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni ι)材料自身的原因，在海洋工程中的應用受到較大限制。只有在保證銅合金(ZCuSmZnsPbWh)原有特性的前提下進一步提升該材料的強度才能拓展該材料在海洋工程中應用的要求。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高強度的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
[0006]—種海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料，銅基合金新材料的成分包含碳化鈦和銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)，其中，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:碳化鈦:4-7 %，銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni0:93-96%。
[0007]進一步地，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:碳化鈦:4.3-6.6% ,銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Niι):93.4-95,7%0
[0008]進一步地，碳化鈦的粒徑在100μπι-800μπι范圍內。
[0009 ] 進一步地，銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Nii)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0010]—種上述海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0011]步驟1:將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉；
[0012]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體進行成分檢測；
[0013]步驟3:將碳化鈦粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSmZnsPbeNh)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，然后進一步升高溫度到保持溫度并在保持溫度下保持；
[0014]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料進行保溫，采用連續鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材；
[0015]步驟5:將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0016]進一步地，步驟1中的熔煉溫度為1000°c-l 100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0017]進一步地，步驟3中的保持溫度為1400°C-1500°C，保持時間為30-40分鐘。
[0018]進一步地，步驟4中的保溫時間為10-20分鐘，鑄造溫度為1050°C-1100°C。
[0019]本發明的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料，將碳化鈦(TiC)材料通過一定的技術手段均勻分布在現有的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)材料中，利用碳化鈦(TiC)高硬度、硬度大、化學穩定好、不水解、高溫抗氧化性好的性能，實現銅合金(ZCuSnsZnsPbeNii)材料的性能的進一步提升。本發明海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料具有比現有的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)材料更高的強度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性，從而拓展原有銅合金(ZCuSnsZnsPbeNii)材料在海洋工程機械零部件中的應用范圍。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實施例，對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。
[0021]本發明提供的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料，銅基合金新材料的成分包含碳化鈦(TiC)和銅合金(ZCuSMZnsPbsNh)，其中，銅基合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:碳化鈦(TiC):4-7%，銅合金(ZCuSmZnsPbsNii):93-96%。碳化鈦(TiC)是通過已知的方法制得，碳化鈦(TiC)的粒徑在100μηι-800μηι范圍內。銅合金(ZCuSnsZnsPbeNi ι)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0022]本發明提供的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的制備，包含以下步驟:
[0023]步驟1:按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSnsZnsPbsNh)的化學成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體體積在熔爐體積的99%以下，熔煉溫度為1000°C_1100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0024]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSMZnsPbsNii)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0025]步驟3:將碳化鈦(TiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1400°C_1500°C并保持30-40分鐘。
[0026]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫10-20分鐘，采用連續鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1050°C-1100°C;
[0027]步驟5:將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0028]實施例一:
[0029]按體積百分比為:碳化鈦(TiC): 4 %，銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni!): 96 %準備原料。其中碳化鈦(TiC)是通過已知的方法制得，碳化鈦(TiC)的粒徑為ΙΟΟμπι。銅合金(ZCuSnsZnsPbeNi ι)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0030]首先，按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSnsZnsPbsN1的化學成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni!)液體體積在熔爐體積的99 %以下，熔煉溫度為1100°C，熔煉時間為6小時。
[0031]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSnsZnsPbeNiι)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0032]接著，將碳化鈦(TiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSnsZnsPbeNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1500°C并保持40分鐘。
[0033]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫20分鐘，采用連續鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1100°C;
[0034]最后，將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0035]制備的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的強度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性的衡量值分別比原有銅合金(ZCuSMZnsPbsNii)材料提高了60 %、73 %、28 %和41%，從而拓展原有銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)材料在海洋工程機械零部件中的應用范圍。
[0036]實施例二:
[0037]按體積百分比為:碳化鈦(TiC):4.3%,銅合金(ZCuSmZnsPbsNii):95.7%準備原料。其中碳化鈦(TiC)是通過已知的方法制得，碳化鈦(TiC)的粒徑為212μπι。銅合金(ZCuSnsZnsPbeNi ι)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0038]首先，按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSnsZnsPbsN1的化學成分要求將電解銅、錫、鋅、鉛、及鎳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn3Zn8Pb6Ni!)液體體積在熔爐體積的99 %以下，熔煉溫度為1080°C，熔煉時間為5.8小時。
[0039]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSmZnsPbsNh)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSnsZnsPbeNiι)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0040]接著，將碳化鈦(TiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSmZnsPbsNii)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1470°C并保持38分鐘。
[0041 ]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫18分鐘，采用連續鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1090°C;