專利名稱：一種防污及耐海水腐蝕用銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止海洋生物生長附著污損及耐海水腐蝕的銅合金金屬材料
背景技術(shù)：
海水中的海洋生物對金屬材料表面的生長附著及海水對金屬材料的腐蝕是人類對海洋探索、研究、利用過程中的極大障礙。海洋生物對艦船及海洋工程設(shè)施的污損，給人類開發(fā)海洋造成了很大的危害，尤其隨著航運(yùn)、海防、海洋開發(fā)和應(yīng)用，海洋生物污損的危害也越來越嚴(yán)重，從而刺激了人類對這項(xiàng)研究工作的開展。十八世紀(jì)末期，鋼殼船問世后，即面臨著生物污損與腐蝕的雙重挑戰(zhàn)。兩次世界大戰(zhàn)，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來，污損生物因其對船只及水中武器和設(shè)施的危害而引起了人們的極大重視。此后海洋生物污損及防污的研究進(jìn)展迅速，并且獲得了成功。在這期間主要是對含有氧化亞銅、氧化汞、有機(jī)錫等有毒物質(zhì)的防污涂料的研究和應(yīng)用，而對金屬本身防污性能的研究，則是近幾十年的事情。
海洋生物污損所造成的損失難以精確計(jì)算，艦船和海中設(shè)施都會(huì)受到海洋腐蝕和生物污損的雙重挑戰(zhàn)。Horne(1969)在回顧和權(quán)衡這兩種威脅時(shí)說“自古以來，海洋生物的污損比起腐蝕來，是個(gè)更麻煩的問題，污損生物生命力之堅(jiān)韌，將使污損問題成為人類征服海洋的一個(gè)難以逾越的障礙”。隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展和海洋開發(fā)的日益增加，海洋生物污損問題，更將為人們所重視。
海洋生物污損所造成的危害有(1)、降低艦船的航速螺旋槳是一個(gè)將主機(jī)功率轉(zhuǎn)化為艦船推力的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，受高速水流沖刷和泥砂摩擦。當(dāng)艦船停航時(shí)，海生物便在上面附著，使其表現(xiàn)粗糙度增加，造成螺旋槳推進(jìn)效率降低，使艦船航速下降，燃料消耗增加。尤其在我國南海水域，艦船在碼頭停泊一周，螺旋槳表面就長滿了藤壺、石灰蟲等海生物，粗糙的表面使螺旋槳的功率大幅度降低。
(2)、對電聲學(xué)儀器的影響岸用及船用聲納、魚群探測儀和海中的水聽器等，都能受到生物污損。這種影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面①聲納導(dǎo)流罩或換能器受生物污損后，由于生物吸收聲能，因而影響聲能的輻射并導(dǎo)致聲信號(hào)失真；②污損生物會(huì)產(chǎn)生氣泡，氣泡會(huì)引起混響，從而導(dǎo)致水聲學(xué)儀器分辨率下降，甚至無法正常工作。
(3)、堵塞管道管道污損也是一個(gè)嚴(yán)重的問題，沿?；蛘吆Ｑ笾蟹彩鞘褂煤Ｋ墓艿?，都可能受其危害。如沿海的發(fā)電廠、海上平臺(tái)、船舶冷凝器、海上太陽能、核能發(fā)電廠、溫差和潮汐發(fā)電站和深海熱交換器等設(shè)施的管路，都可能因海生物附著而堵塞。
(4)、使海中儀表及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)失靈在我國沿海附著的藤壺幼體，夏天時(shí)20～30天就可長到1厘米多。生長如此迅速的污損生物，一旦附著在間歇性運(yùn)動(dòng)的魚雷發(fā)射管導(dǎo)槽，海上平臺(tái)升降滑塊等機(jī)械和儀器上，即會(huì)影響其活動(dòng)性能。
在艦船、海洋工程、海水冷卻系統(tǒng)的某些結(jié)構(gòu)零部件上，如艦船螺旋槳、潛艇魚雷發(fā)射管導(dǎo)槽、聲納罩、水下導(dǎo)軌、海水管路等經(jīng)常受到磨損、沖刷的部位，防污涂料會(huì)很快被磨掉。唯有構(gòu)件本身采用具有防污、耐蝕性能的金屬材料，才能滿足這些部位的使用要求。
經(jīng)近幾十年的研究和對百余種金屬材料的實(shí)海掛片試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，唯有銅及其合金具有最佳的防污性能和耐蝕性能；并因其有良好的機(jī)械性能，可做成各種形狀的構(gòu)件；所用原材料易得，價(jià)格適中，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。其它金屬，如Hg、As、Zn、Cd、Ag等，雖然也具有一定的防污性能和耐蝕性能，因機(jī)械性能較低，不能滿足一些結(jié)構(gòu)件的使用要求，還沒有進(jìn)入實(shí)用階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對海洋生物污損和海水腐蝕給人類在海洋活動(dòng)中所造成的危害，以及防止這一危害所應(yīng)采取的方法，發(fā)明了防污及耐海水腐蝕用銅合金。對于防污銅合金結(jié)構(gòu)件，除要求其具有足夠的力學(xué)性能、較好的耐海水腐蝕性能以保證結(jié)構(gòu)件有足夠的使用壽命，同時(shí)還要求它在海水中按一定的速度釋放出銅離子，以達(dá)到防止海生物附著的目的。
經(jīng)過長期的防污性能試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，銅及其某些合金，之所以能夠防污，主要是在海水中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其腐蝕過程中為 這個(gè)反應(yīng)要求是均勻而緩慢的。Ketchum等認(rèn)為，在1厘米2面積上，24小時(shí)只要有10微克銅離子毒料析出就可以防止大多數(shù)海洋生物的附著。經(jīng)采用電子探針對已經(jīng)死亡的海生物幼蟲孢子分析發(fā)現(xiàn)，這種銅離子能使生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)變性凝固和沉淀，使生命停止。銅離子還能使生物賴以生存的酶失去作用，在低濃度下，使生物的組織和細(xì)胞發(fā)生變性。其它重金屬離子如Hg、Pb、Zn、Sn、Cd等也能使生物的組織發(fā)生變化而死亡，并使生物酶失去活性，從而阻止生命的生存過程。
合金元素對銅合金的防污能力影響較大，根據(jù)不同合金元素對銅合金防污性能的影響，可以配制出性能各異的防污銅合金。
①Fe是銅合金有效晶粒細(xì)化劑，但Fe能顯著降低銅合金的防污性能。
②Al能有效提高銅合金的強(qiáng)度和耐蝕性，當(dāng)含Al量大于6％時(shí)，也顯著降低其防污性能。
③Zn對銅合金的防污性能略有降低，但在其中加入一定量的Sn或Pb即可顯著改善其防污性能。
④P N Pb Sn Be Ni Mn Cd等元素對其防污性能影響不大，但確顯著的改善了銅合金的耐蝕性能。
根據(jù)以上防污機(jī)理，配制了不同用途的防污銅合金，并在艦船及海洋工程中得到了應(yīng)用，獲得了良好的效果。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種防污及耐海水腐蝕用銅合金，其特征在于，它以銅為基體，含有以下重量百分?jǐn)?shù)的合金元素成分Cu55-68、Zn34-45、Sn0.5-3。在弱氧化氣氛中冶煉，用玻璃加稻草灰作覆蓋劑，Cu熔化后加入Zn攪拌，當(dāng)溫度升達(dá)澆鑄溫度后加入Sn，充分?jǐn)嚢?，保持澆鑄溫度，除去覆蓋劑后澆鑄。
本發(fā)明所述的防污及耐海水腐蝕用銅合金與已有技術(shù)相比具有以下積極效果①海洋生物不能在其表面生長附著；②在海水中年腐蝕率小于0.1毫米；③具有良好的導(dǎo)電性；④它的力學(xué)性能為σb≥295MPa，δ5(％)≥25，HB≥590，具有較好的延展性，可制成各種板材、線材供不同的需求條件使用。
具體實(shí)施例方式
按Cu62、Zn37、Sn1的重量百分比備料，在熔爐坩堝內(nèi)先加入Cu，用玻璃加稻草灰作覆蓋劑，Cu熔化后加入Zn攪拌，當(dāng)溫度升達(dá)澆鑄溫度后加入Sn，充分?jǐn)嚢?，保持澆鑄溫度，除去覆蓋劑澆鑄成鑄件。或澆鑄成鑄錠，軋制板材、線材。測定其力學(xué)性能，在Cu55-68、Zn34-45、Sn0.5-3的范圍內(nèi)調(diào)整配合比例，使其達(dá)到力學(xué)性能參數(shù)為σb≥295MPa，δ5(％)≥25，HB≥590。
在冶煉過程中，應(yīng)避免和防止Fe和Al的混入。
權(quán)利要求
1.一種防污及耐海水腐蝕用銅合金，其特征在于，它以銅為基體，含有以下重量百分?jǐn)?shù)的合金元素成分Cu55--68，Zn34--45，Sn0.5--3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防污及耐海水腐蝕用銅合金，其特征在于含有以下重量百分?jǐn)?shù)的合金元素成分Cu58--64，Zn37--41，Sn0.5--1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防污及耐海水腐蝕用銅合金，其特征在于在弱氧化氣氛中冶煉，用玻璃加稻草灰作覆蓋劑，Cu熔化后加入Zn攪拌，當(dāng)溫度升達(dá)澆鑄溫度后加入Sn，充分?jǐn)嚢?，保持澆鑄溫度，除去覆蓋劑澆鑄。
全文摘要
一種防污及耐海水腐蝕用銅合金，其特征在于，它以銅為基體，含有以下重量百分?jǐn)?shù)的合金元素成分Cu55－68，Zn34－45，Sn0.5－3。力學(xué)性能為σ
文檔編號(hào)C22C1/02GK1737175SQ200510044539
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者黃克竹, 金顯華 申請人:黃克竹