專利名稱：一種耐海水腐蝕的含鈦低鎳銅合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐海水腐蝕含鈦、低鎳的銅合金材料。
背景技術：
銅合金由于導熱性能好，且產生的銅離子能夠殺死微生物，防止海洋生物堵塞銅 合金管，因此是艦艇、核電站、海水淡化工程等眾多與海洋相關的領域中應用于冷凝管等換 熱產品的最佳材料。目前，耐海水腐蝕銅合金主要有白銅如BFe30-l-l、BFelO-I-I和黃銅 如HSn70-l、HA177-l，白銅由于性能相對較好，因此應用最為廣泛。白銅分為普通白銅以及 鐵白銅、錳白銅、鋅白銅和鋁白銅，主要以Cu-Ni合金為基礎加入不同的其它元素如鐵、錳、 鋅、鋁等形成，如鐵白銅合金是在Cu-Ni合金的基礎上加入少量的合金元素Fe和Mn，已有研 究表明，各元素對提高鐵白銅的耐海水腐蝕作用機理如下
鎳的作用是通過Ni2+進入Cu2O點陣結構中，Cu2O可以容納大量Ni2+而不發(fā)生結構變 化，M2+在Cu2O點陣中有兩種存在方式一是占據Cu+空缺位置，增加膜的離子阻力 ’另一 種是直接替代Cu+，這時離子阻力不發(fā)生變化，但每次替代均導致一個正孔消失，使電子阻 力增加，故M的加入有益于提高銅合金的耐腐蝕性。添加少量的Fe也有益于提高銅合金的耐腐蝕性，主要有兩種觀點一種觀點認為 Fe與基體形成致密、堅韌、結合牢固的含水氧化鐵的腐蝕產物膜，這種化合物能夠充當陽極 抑制劑；另一種觀點是認為Fe具有與M相同的效應，能夠摻雜到缺陷的Cu2O點陣中增加 腐蝕產物膜的陽極(離子)和陰極(電子)阻力。Mn能提高Cu-Ni合金的強度和沖擊腐蝕的能力，特別是當Cu-Ni合金中鐵含量低 時，Mn能彌補鐵的作用，只是Mn的作用不如Fe的顯著。當Cu-Ni合金加入Mn后，其中Ni 及Mn的氧化物均為離子型結構，Mn的氧化物標準自由能負于M的氧化物自由能。Mn比 Ni優(yōu)先氧化，Mn2+的半徑為0. 08nm，Ni2+半徑為0. 06 0. 07nm。當Mn2+逃逸向海水時留下 的空位極易為M2+補充，從而提高合金的耐腐蝕性能。Si能提高Cu-Ni合金的強度和耐腐蝕性能，但含量高的情況下，會降低加工性能 和材料的塑性。目前，在各種耐海水腐蝕的鐵白銅合金中，尚未見以元素Ti作為主元素添加的耐 海水腐蝕銅合金材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種高強度、高硬度且耐海水腐蝕的含鈦、低鎳銅合金，其特征在 于按質量百分比，該成分配方中合金元素Ni為2. 0-4. Owt. %，Ti為1.2-2. 3wt. %，Fe為 1. 2-1. 8wt. %，Mn為0. 8-1. 5wt. %，Si為0. 1-0. 2wt. %，不可避免雜質含量總和小于等于 0. 5wt. %，余量為 Cu。本合金的特點是基本元素構成的種類與鐵白銅基本相同(均含Cu、Ni、Fe、Mn，但本 合金不含Zn)，但各元素含量有所不同(本合金Ni含量明顯較低)，在此基礎上加入了元素Ti。鈦原子外層4s和3d電子的電離勢很小，極易失去，因此鈦是熱力學很活潑的金屬，其 平衡電位為-1. 63V，但在大氣或水溶液中，鈦表面會立即形成一層保護很好的氧化膜，并使 穩(wěn)定電位遠遠的偏向正值，鈦在25 °C的海水中穩(wěn)態(tài)電位約等于+0. 09V,比鋅、鎘、鐵、鋁甚 至比在同一介質中的銅及銅合金為正。鈦的鈍化膜有非常好的愈合性，當鈍化膜被機械破 損后能很快地彌合修復形成新膜。鈦在水溶液中再鈍化作用可在小于0. 1秒內完成。銅合 金在海水腐蝕中作為陽極，鈦的加入可以促使銅合金鈍化。同時，添加少量鈦于Cu-Ni合金 中，還可借M3Ti沉淀硬化的作用獲得更高強度和耐磨性的合金，效果比加鋁、錫等更好。本發(fā)明的耐海水腐蝕銅合金材料具有以下優(yōu)點
1.與目前廣泛應用的BFelO-I-I鐵白銅(該合金含IOwt.%Ni)相比，元素Ni的含量顯 著降低，綜合成本低，而耐海水腐蝕性能相當；
2.與鐵白銅相比，在基本元素含量相近情況下，含Ti銅合金的強度明顯提高；
3.與鐵白銅相比，在基本元素含量相近情況下，含Ti銅合金耐海水腐蝕性能顯著提聞。


圖1為本合金(含1. 22%Ti)和BFelO-I-I合金在人工海水中均浸泡30天后測得 的極化曲線圖。圖2、3、4分別為本合金(含1. 39%Ti ^PBFelO-I-I合金在人工海水中浸泡lOmin、 168h、720h后的電化學阻抗圖譜。圖5為本合金(含1. 79%Ti)和BFelO-I-I合金在人工海水中均浸泡30天后測得 的極化曲線圖。圖6為BFelO-I-I合金的500倍腐蝕表面形貌掃描電鏡圖片。圖7為BFelO-I-I合金的2000倍腐蝕表面形貌掃描電鏡圖片。圖8為本合金的1000倍腐蝕表面形貌掃描電鏡圖片。圖9為本合金的2000倍腐蝕表面形貌掃描電鏡圖片。
具體實施例方式
實施例1 一種含Ti銅合金，其成分按質量百分比為:2. 86%Ni, 1. 22%Ti，1. 25%Fe， 0. 86%Mn,0. ll%Si，余為Cu。該合金按傳統(tǒng)的銅合金熔鑄、軋制加工和熱處理工藝形成板材， 通過電極化曲線判斷其耐海水腐蝕性能，并在相條件下和BFelO-I-I進行對比，在人工海 水中均浸泡30天，其極化曲線如圖1所示，由極化曲線中測得的各數據如下
權利要求
一種耐海水腐蝕的含鈦低鎳銅合金，其特征在于按質量百分比，該成分配方中合金元素Ni為2.0 4.0wt.%，Ti為1.2 2.3wt.%， Fe為1.2 1.8wt.%，Mn為0.8 1.5wt.%，Si為0.1 0.2wt.%，不可避免雜質含量總和小于等于0.5wt.%，余量為Cu。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐海水腐蝕的含鈦低鎳銅合金，按質量百分比，該成分配方中合金元素Ni為2.0-4.0wt.%，Ti為1.2-2.3wt.%，Fe為1.2-1.8wt.%，Mn為0.8-1.5wt.%，Si為0.1-0.2wt.%，不可避免雜質含量總和小于等于0.5wt.%，余量為Cu。本發(fā)明的耐海水腐蝕銅合金材料具有以下優(yōu)點與目前廣泛應用的BFe10-1-1鐵白銅(該合金含10wt.%Ni)相比，元素Ni的含量顯著降低，綜合成本低，而耐海水腐蝕性能相當；與鐵白銅相比，在基本元素含量相近情況下，含Ti銅合金的強度明顯提高；與鐵白銅相比，在基本元素含量相近情況下，含Ti銅合金耐海水腐蝕性能顯著提高。
文檔編號C22C9/06GK101948966SQ20101052159
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)明者余新泉, 張友法, 張強, 陳鋒 申請人:東南大學