CN115404375A

CN115404375A - 一种铜基合金材料及其制备方法

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Publication number: CN115404375A
Application number: CN202211094757.2A
Authority: CN
Inventors: 孙俊杰; 叶天宝
Original assignee: Nanjing Gongcheng Energy Saving New Material Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Gongcheng Energy Saving New Material Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2022-11-29

Abstract

本发明提供了一种铜基合金材料，其特征在于，由以下成分按照重量百分比组成：Cu 50‑65%、Zn 15‑20%、Ni 10‑20%、Co 0.02‑0.05%、Sn 0.08‑0.32%、Ag 0.01‑0.02%、Fe 0.002‑0.05%、Sb 0.025‑0.07%、Al 0.03‑0.08%、铜合金稀土0.05‑0.1%。本发明还提供了该合金材料的制备方法。本发明的合金材料具有优异的阻垢功能，既能阻止结垢的生成，又有很强的除去板结垢的能力。经本发明处理后的铜基合金元素熔炼增加了微电流与减少了达到稳态电流的时间，提高了铜基合金系统的安全性能。

Description

一种铜基合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料的制备技术领域，具体涉及一种铜基合金材料及其制备方法。

背景技术

在工业和民用冷却循环系统领域，在设备和管道内经常受到水垢的困扰。对于水垢而言，结垢的首要因素就是溶解度处于过饱和状态，而过饱和浓度除了本身与溶解度有关还受热力学、结晶动力学、流体力学等诸多因素影响。水垢常常会使管道堵塞，设备热效率降低甚至出现爆炸等危险事故。传统的物理清除法与化学清除法，除垢效率低、对设备、本体管道损伤较大，且会污染生态环境。因此现阶段人们都在寻找一种更为节能、环保、有效的阻垢除垢产品。

在铜基合金材料中加入稀土，能使铜基合金的多种性能得到明显提高：

（1）细化晶体，提高质量

在铜合金中加入适量混合稀土，发现明显晶粒细化，改善基体组织，大大提高产品成品率，同时改善铜及铜合金的铸造性能与焊接性能。稀土的添加具有改善成分偏析、合金组织形貌以及具有变性夹杂物类型、改善夹杂物形貌的作用，使铜合金产品质量明显提高。

（2）去杂提纯，提高导电

在适当加入量时，稀土的净化作用使铜中杂质减少，晶格畸变减弱，电子散射几率减少，导电性改善，电导率不但没有降低反而略有提高。

（3）提高硬度，强化性能

适量的混合稀土元素可以使铜合金得到高强度与高导电性能，同时还具有优异的耐高温性和耐磨损性能。

（4）提高抗氧化性和耐腐蚀、耐磨损性能。

在铜合金中加入适量混合稀土，有效地改善了夹杂物的存在形式和分布；稀土和铜元素形成硬度较高、弥散分布的金属间化合物；并且在合金表面形成致密的氧化层，因此明显改善提高了耐磨性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的不足之处，提供一种铜基合金材料及其制备方法。能进一步提高铜基合金元素熔炼的质量，以获得稳态活化电流大于临界值的铜基合金系统控制限，同时稳定制备工艺，使得铜基合金元素熔炼更安全、更耐用

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种铜基合金材料，由以下成分按照重量百分比组成：Cu 50-65%、Zn 15-20%、Ni 10-20%、Co 0.02-0.05%、Sn 0.08-0.32%、Ag 0.01-0.02%、Fe 0.002-0.05%、Sb 0.025-0.07%、Al 0.03-0.08%、铜合金稀土0.05-0.1%。

优选地，所述铜合金稀土包括Si、Zr、Cr、Cu。

本发明还提供了一种铜基合金材料的制备方法，所述包括以下步骤：

按照重量百分比计，称取以下含量的组分，其中，Cu 50-65%、Zn 15-20%、Ni 10-20%、Co 0.02-0.05%、Sn 0.08-0.32%、Ag 0.01-0.02%、Fe 0.002-0.05%、Sb 0.025-0.07%、Al 0.03-0.08%、铜合金稀土0.05-0.1%；

在加热炉的坩埚内铺入木炭，将Cu料的一半均匀铺在木炭上，然后在Cu料上均匀铺入全部Ni块，再铺入木炭，开炉升温至一定温度，待全部金属熔化后，按照质量百分比计，加入Cu 20-35%、Ni 4-8%、Zn 6-12%、Co 0.02-0.05%、Sn 0.08-0.32%、Ag 0.01-0.02%、Fe0.002-0.05%、Sb 0.025-0.07%、Al 0.03-0.08%金属元素块体，搅拌至金属全部熔化后再加入铜合金稀土0.05-0.1%，保温3-8min，使熔体金属脱气；

按照Zn 8-9%、Ni 10-20%、剩余的Cu 30-35%料顺序加入，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至一定值，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却5-15min至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，得到铜基合金材料。

优选地，所述木炭的厚度为3cm。

优选地，所述开炉升温温度为1200-1400℃。

优选地，所述熔体温度降至1000-1200℃。

优选地，所述加热炉为电阻炉。

本发明带来的有益效果是：经试验证明，本发明的铜基稀土合金系统经本发明处理后，内部生长的3D柱状品体，它具有优异的阻垢功能，既能阻止结垢的生成，又有很强的除去板结垢的能力，使钙镁离子在较低浓度下即可形成水垢结晶，在流体中形成水垢悬浮物和颗粒。经本发明处理后的铜基稀土合金元素熔炼增加了微电流与减少了达到稳态电流的时间，提高了铜基稀土合金系统的安全性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在电阻炉的坩埚内铺入木炭，将Cu料的一半均匀铺在3cm厚的木炭上，然后在Cu料上均匀铺入全部Ni块，再铺入木炭，开炉升温至1400℃，待全部金属熔化后，加入Cu 32%、Ni5%、Zn 9%、Co 0.03%、Sn 0.3%、Ag 0.02%、Fe 0.4%、Sb 0.07%、Al 0.03%金属元素块体，搅拌至金属全部熔化后再加入铜合金稀土（包括Si、Zr、Cr、Cu）0.05%，保温5min，使熔体金属脱气；

按照Zn 10%、Ni 14%、剩余的Cu 30%料顺序加，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至1000℃，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却10min至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，得到铜基稀土合金材料。

实施例2

在电阻炉的坩埚内铺入木炭，将Cu料的一半均匀铺在3cm厚的木炭上，然后在Cu料上均匀铺入全部Ni块，再铺入木炭，开炉升温至1300℃，待全部金属熔化后，加入Cu 35%、Ni5%、Zn 10%、Co 0.02%、Sn 0.26%、Ag 0.02%、Fe 0.5%、Sb 0.07%、Al 0.08%金属元素块体，搅拌至金属全部熔化后再加入铜合金稀土（包括Si、Zr、Cr、Cu）0.05%，保温4min，使熔体金属脱气；

按照Zn 10%、Ni 12%、剩余的Cu 30%料顺序加，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至1000℃，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却8min至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，得到铜基稀土合金材料。

实施例3

在电阻炉的坩埚内铺入木炭，将Cu料的一半均匀铺在3cm厚的木炭上，然后在Cu料上均匀铺入全部Ni块，再铺入木炭，开炉升温至1350℃，待全部金属熔化后，加入Cu 30%、Ni8%、Zn 10%、Co 0.02%、Sn 0.3%、Ag 0.16%、Fe 0.5%、Sb 0.07%、Al 0.08%金属元素块体，搅拌至金属全部熔化后再加入铜合金稀土（包括Si、Zr、Cr、Cu）0.05%，保温4min，使熔体金属脱气；

按照Zn 10%、Ni 11%、剩余的Cu 31%料顺序加，慢速搅拌，待金属全部熔化后，去浮渣，使熔体温度降低至1200℃，将熔体金属注入浇筑型模具中，冷却12min至金属表面结壳形成金属锭，然后水冷至室温，取出金属锭，得到铜基稀土合金材料。

对比实施例1

将木炭装入烘箱内在不低于800℃温度下烘烤5h，稻草灰研磨成粉末烘干除水，木炭和草木灰干燥储存。先在预热至红色的坩埚底部加入30cm厚的木炭并迅速加入纯铜，熔化后加入回炉料，再加入木炭将金属液面与空气隔离，当炉料熔化后依次加入Cu 56%、Ni12%、V0.5%、Zn16%、Sn3.3%、Pb11.8%、Al0.07%、Sb0.18%、Mn0.15并搅拌合液，在合液上撒上一层稻草灰后在1100℃下迅速出炉浇筑。

试验例铜基合金材料的性能检测

对实施例1-3和对比实施例1中得到的材料进行阻垢率检测，具体检测如下：

1、按照 T/CAQI 193-2021，进行材料的阻垢性能测试；

2、钙离子测定：钙离子的测定是在 pH 值为 12-13 时，以钙羧酸为指示剂，用EDTA 标准溶液测定水中的钙离子含量；

3、阻垢率计算：按下式计算测试水样和空白对照样的钙离子浓度，得出阻垢率η。进水与出水中钙离子浓度的比值，用η表示，阻垢率计算公式如下：

。

式中：

ρ₁—试验用水的钙离子（Ca²⁺）浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L）；

ρ₂—经过阻垢装置过滤的测试水样加热后的钙离子（Ca²⁺）浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L）；

ρ₀—经过空白装置过滤的测试水样加热后的钙离子（Ca²⁺）浓度的数值，单位为毫克每升（mg/L）。

根据上述方法得到的阻垢率结果见表1。

表1 各实施例的材料的阻垢率

由表1的结果可知，本发明实施例1-3得到的铜基合金材料其阻垢率明显高于对比实施例1。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims

1.一种铜基合金材料，其特征在于，由以下成分按照重量百分比组成：Cu 50-65%、Zn15-20%、Ni 10-20%、Co 0.02-0.05%、Sn 0.08-0.32%、Ag 0.01-0.02%、Fe 0.002-0.05%、Sb0.025-0.07%、Al 0.03-0.08%、铜合金稀土0.05-0.1%。

2.根据权利要求1所述的铜基合金材料，其特征在于，所述铜合金稀土包括Si、Zr、Cr、Cu。

3.根据权利要求1或2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，所述包括以下步骤：

按照重量百分比计，称取以下含量的组分，其中，Cu 50-65%、Zn 15-20%、Ni 10-20%、Co0.02-0.05%、Sn 0.08-0.32%、Ag 0.01-0.02%、Fe 0.002-0.05%、Sb 0.025-0.07%、Al 0.03-0.08%、铜合金稀土0.05-0.1%；

4.根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，所述木炭的厚度为3cm。

5.根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，所述开炉升温温度为1200-1400℃。

6.根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，所述熔体温度降至1000-1200℃。

7.根据权利要求2所述的铜基合金材料的制备方法，其特征在于，所述加热炉为电阻炉。