一種高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銅基合金復合材料及其制備方法，特別是涉及一種用于海洋工程 起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料。
【背景技術】
[0002] 鑄造方法按照國標GB/T 1176-2013的標準制備的銅合金ZCuSn10Pb5是一種多用 途的錫鉛青銅材料，由于其具有很好的耐腐蝕性，特別是對稀硫酸、鹽酸和脂肪酸的耐腐蝕 性高，因此主要用于如制造耐蝕、耐酸的配件以及破碎機的襯套、軸瓦等。但是由于其抗拉 強度和硬度性能較低（抗拉強度彡245MPa，硬度彡70HBW)，嚴重限制了該材料在耐腐蝕性 的海洋工程中的應用，現(xiàn)階段只有海洋工程工程用平臺搭建中得到使用，而在海水中需要 耐腐蝕的起重機械方面難以應用。
[0003] 納米碳化鈦是一種碳化鈦的納米材料，恪點高，導熱性能好，硬度大，化學穩(wěn)定好， 不水解，高溫抗氧化性好。納米碳化鈦是一種高純度碳化鈦粉末，是由二氧化鈦與炭黑在通 氫氣的碳管爐或調(diào)頻真空爐內(nèi)于1600°C -1800°C高溫下反應制得。由于納米碳化鈦硬度 大，具有良好的力學性能，因此它是硬質(zhì)合金生產(chǎn)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、鋅等金屬的坩堝。
[0004] 綜上，利用納米碳化鈦的高硬度和力學性能良好的優(yōu)點，克服了銅合金ZCuSn10Pb 5抗拉強度和硬度性能較低的缺點，將納米碳化鈦與銅合金ZCuSnwPb5制備成復合材料在保 證銅合金ZCuSnwPbJI有耐腐蝕性能的同時提高抗拉強度和硬度，從而使得該高強度納米 碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料能夠應用于海水中的起重機械。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，通過改進納米碳化鈦和銅合金ZCuSnwPb5之間體積配比以及 制備條件，提供一種有效提高銅合金ZCuSnwPb5抗拉強度和硬度的用于海洋工程起重設備 的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料及其制備方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的技術方案是：
[0007] -種用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料 由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦1.0-2. 5%，銅合金 ZCuSn1QPb597 . 5-99 . 0%。
[0008] 優(yōu)選地，本發(fā)明的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕 合金材料由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦1.0%，銅合金 ZCuSn1(]Pb599. 9%。
[0009] 優(yōu)選地，本發(fā)明的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕 合金材料由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦2. 5%，銅合金 ZCuSn1QPb597. 5%。
[0010] 優(yōu)選地，本發(fā)明的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕 合金材料由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦2.0%，銅合金 ZCuSn1(]Pb598. 0%。
[0011] 進一步地，所述銅合金ZCuSnwPb5*如下質(zhì)量百分比的組分組成：錫錠 9. 0-11. 0%，鉛錠4. 0-6. 0%，鋅彡L 0%，雜質(zhì)彡L 0%，其余為銅。
[0012] 本發(fā)明提供一種用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材 料的制備方法，具有以下步驟：
[0013] 1)制備銅合金ZCuSn1()Pb5^#電解銅、鉛錠、錫錠、鋅按照上述的重量比例放入電 爐中熔煉，熔煉中銅合金液體體積小于電爐體積的90% ;熔煉溫度為1100-1200°C，時間為 3-3. 5h ；
[0014] 2)使用斯派克直讀光譜儀對制備的銅合金ZCuSnwPb5液體進行成分檢測，以確定 其化學組成在上述的范圍之內(nèi)；
[0015] 3)將納米碳化鈦按體積百分比為1. 0-2. 5%放入上述銅合金體的表 面，開啟工頻電爐的震動裝置并同時用石墨棒進行攪拌，使二者均勻混合；進一步升高電爐 溫度至 1150-1200°C并保持 45-50min ;
[0016] 4)將制作完成的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料在電爐中進行保溫，時間 為35-40min ;之后采用連續(xù)鑄造的方式將此高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料鑄造 成高強度耐腐蝕合金棒板，鑄造溫度為1100-1150°C ;
[0017] 5)將鑄造完成之后的高強度耐腐蝕合金棒板進行表面車加工處理，并按照出廠標 準包裝。
[0018] 進一步地，步驟3中，所述納米碳化鈦的體積百分比為1. 0%。
[0019] 進一步地，步驟3中，所述納米碳化鈦的體積百分比為2. 5%。
[0020] 進一步地，步驟3中，所述納米碳化鈦的體積百分比為2. 0%。
[0021] 采用上述技術方案，本發(fā)明的有益效果有：
[0022] 1.本發(fā)明將高純度納米碳化鈦材料通過上述技術手段均勻分布在銅合金 ZCuSn1 Jb5材料中，利用納米級碳化鈦硬度高，強度大，化學穩(wěn)定好，不水解，高溫抗氧化 性好的性能，彌補了銅合金ZCuSnwPb5材料的抗拉強度低和硬度低等缺點，實現(xiàn)銅合金 ZCuSn1 Jb5材料的抗拉強度和硬度的進一步提升。
[0023] 2.本發(fā)明所得到的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料，通過改變納米碳化鈦 和銅合金ZCuSnwPbj^體積比，能有效的提高最終銅基合金復合材料的抗拉強度和硬度。高 強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料制造的部件的抗拉強度由245MPa提高至440MPa，硬 度由70HBW提高至140HBW，從而使得該高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料能夠應用于 海水中的起重機械。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材 料的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖和實施例對本發(fā)明提供的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳 化鈦銅基耐腐蝕合金材料及其制備方法作進一步說明，但并非限制本發(fā)明的應用范圍。
[0026] 實施例1
[0027] 本發(fā)明實施例1的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐 蝕合金材料由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦1.0%，銅 合金ZCuSn1QPb599. 0 %，其中銅合金ZCuSn10Pb5由如下質(zhì)量百分比的組分組成：錫錠 9. 0-11. 0%，鉛錠4. 0-6. 0%，鋅彡L 0%，雜質(zhì)彡L 0%，其余為銅。
[0028] 本發(fā)明實施例1的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金 材料的制備方法，具有以下步驟（參見圖1):
[0029] 1)制備銅合金ZCuSn1()Pb5^#電解銅、鉛錠、錫錠、鋅按照上述的重量比例放入電 爐中熔煉，熔煉中銅合金液體體積小于電爐體積的90% ;熔煉溫度為IKKTC，時間為3h ;
[0030] 2)使用斯派克直讀光譜儀對制備的銅合金ZCuSnwPb5液體進行成分檢測，以確定 其化學組成在上述的范圍之內(nèi)；
[0031] 3)將納米碳化鈦按體積百分比為1. 0%放入上述銅合金ZCuSnwPb5液體的表面， 開啟工頻電爐的震動裝置并同時用石墨棒進行攪拌，使二者均勻混合；進一步升高電爐溫 度至1150°C并保持45min ;
[0032] 4)將制作完成的高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料在電爐中進行保溫，時間 為35min ;之后采用連續(xù)鑄造的方式將此高強度納米碳化鈦銅基耐腐蝕合金材料鑄造成高 強度耐腐蝕合金棒板，鑄造溫度為IKKTC ;
[0033] 5)將鑄造完成之后的高強度耐腐蝕合金棒板進行表面車加工處理，并按照出廠標 準包裝。
[0034] 實施例2
[0035] 本發(fā)明實施例2的用于海洋工程起重設備的高強度納米碳化鈦銅基耐腐 蝕合金材料由如下體積百分比的組分組成：純度大于98 %的納米碳化鈦2. 5%，銅 合金ZCuSn1QPb597. 5 %，其中銅合金ZCuSn10Pb5由如下質(zhì)量百分比的組分組成：錫錠 9. 0-11. 0%，鉛錠4. 0-6. 0%，鋅彡L 0%，雜質(zhì)彡L 0%，其余為銅。
[0036] 本發(fā)明實施例2的用于海洋工程起重設備的高強度納