专利名称：一种航空航天用纳米改性铜合金棒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，特别涉及一种航空航天用纳米改性铜合金棒及其制备方法。
背景技术：
QSn6. 5-0. I低硬度锡磷青铜是航空航天技术领域所用的重要材料之一，其化学组分为6· 0% 7. 0%锡、彡 O. 02%铅、O. 10% O. 25%磷、彡 O. 002%铝、彡 O. 05%铁、(O. 002%硅、< O. 002%锑、< O. 002%铋、以及其他杂质。QSn6. 5-0. I低硬度锡磷青铜具有高的强度、弹性、耐磨性和抗磁性，在热态和冷态下压力加工性良好，对电火花有较高的抗燃性，可焊接和钎焊，可切削性良好，在大气、淡水中耐蚀等良好性能，因此主要用于制作航空航天领域所需的弹簧和导电性好的弹簧接触片、耐磨零件和抗磁零件，如齿轮、电刷盒、振动片、接触器等等，但是在其生产过程中，生产工艺中的挤压工序往往会导致棒材产生开裂等缺陷，造成产品的成品率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种不仅具有传统的QSn6. 5-0. I锡磷青铜棒的满足使用要求的各种性能，可以取代QSn6. 5-0. I应用在航空航天技术领域中，而且在生产工序中的挤压工序中棒材不产生或者很少产生开裂等缺陷的航空航天用纳米改性铜合金棒及其制备方法。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下一种航空航天用纳米改性铜合金棒，由以下组分组成占铜合金棒总质量的
O.5-1. 5%的碳，占铜合金棒总质量的1-5%的镍，占铜合金棒总质量的1-3%的氧化钛，余量为铜。进一步地,所述碳的粒径< 70 μ m。进一步地,所述镍的粒径为40 60nm。进一步地，所述氧化钛的粒径为20 40nm。进一步地,所述铜的粒径< 70 μ m。一种航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，包括以下步骤步骤一按照配比分别将碳、镍、氧化钛、铜的粉末颗粒放入球磨机中进行撞击、研磨和搅拌，以获得组织和成分均匀的合金粉末；步骤二 将步骤一得到的合金粉末加热至1450 1550°C，待完全熔化后将液态合金保温至1530°C ；步骤三将完全熔化的液态合金充分搅拌，然后在液态合金上覆盖以防止其氧化的石墨粉；步骤四进行铸造操作，得到合金锭；步骤五将步骤四得到的合金锭置入真空退火炉中退火，然后将退火后的合金锭从真空退火炉中取出并置于空气中自然冷却；
步骤六将合金锭挤压为合金棒，并通过制头拉伸、应力退火、以及两头切净将合金棒制成成品规格的合金棒。进一步地，所述步骤三中在液态合金上覆盖的石墨粉的厚度为10 12mm。进一步地，所述步骤四中的铸造操作具体为水平连续振动铸造法。进一步地，所述步骤五中的退火温度为410 460°C，退火时间为5 6小时。进一步地，所述步骤六中的应力退火的温度为350 380°C。本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点1、本发明采用了一种新的由碳、镍、氧化钛以及铜的配比制成的纳米改性铜合金棒，该铜合金棒的抗拉强度为800 950MPa，延伸率为8%，硬度为220HB，因此本发明所述的铜合金棒不仅具有传统的QSn6. 5-0. I锡磷青铜棒的各种性能，其完全可以取代传统的QSn6. 5-0. I锡磷青铜棒，而且本发明大大降低了铜合金棒在挤压工序中容易出现裂纹缺陷的几率，极大地提高了铜合金棒的成品合格率。2、本发明的制作铜合金棒所用原料的粒径分别为碳的粒径<70μπκ镍的粒径为40 60nm、氧化钛的粒径为20 40nm、铜的粒径< 70 μ m,并将上述粉末颗粒置入球磨机中进行撞击、研磨和搅拌，则制得的铜合金棒不仅组织成分均匀，而且其元素的晶粒细小，制出的铜合金棒为纳米改性铜合金棒，其性能稳定且内部缺陷少。因此本发明制得的航空航天用纳米改性铜合金棒成品率高、性能稳定且内部缺陷少，可以广泛应用于铜合金棒的制造中，该铜合金棒可以广泛应用于航空航天领域中。
图I是本发明的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法流程图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。实施例I航空航天用纳米改性铜合金棒，其组分为0.5% (重量百分比)的碳，粒度为40 μ m ； I % (重量百分比)的镍，粒度为40nm ;1% (重量百分比)的氧化钛，粒度20nm ;余量为铜，粒度为40 μ m。如图I所示，上述纳米改性铜合金棒通过以下步骤制备得到步骤一按照配比分别将碳、镍、氧化钛、铜的粉末颗粒放入高能球磨机，用高能球磨机的转动或震动使硬球对碳、镍、氧化钛、铜的粉末颗粒进行撞击、研磨和搅拌，便可获得组织和成分均匀的合金粉末；步骤二 将步骤一得到的合金粉末置于工频电炉内，加热至1450 1550°C，待完全熔化后将液态合金保温至1530°C ；步骤三用石墨工具将完全熔化的液态合金充分搅拌，然后在液态合金上覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，覆盖厚度为10 12_ ；步骤四采用水平连续振动铸造法，铸造成外径为Φ 145mm、长度为410mm的实心
合金锭；步骤五将实心合金锭放置于箱式真空退火炉中退火5 6小时，退火温度为410 460°C,然后将退火后的合金锭从箱式真空退火炉中取出，置于空气中自然冷却；步骤六采用液压1800吨的挤压机将加热后的合金锭挤压为外径为Φ45πιπι的合金棒，通过制头及拉伸将外径为Φ45ι πι的合金棒的外径拉伸为Φ40ι πι,然后采用350 3800C的光亮应力退火，退火完成后将合金棒的两头切净则制成成品规格的合金棒；步骤七包装入库。实施例2航空航天用纳米改性铜合金棒，其组分为1.5% (重量百分比)的碳，粒度为60ym；5% (重量百分比)的镍，粒度为60nm;3% (重量百分比)的氧化钛，粒度40nm ;余量为铜，粒度为60 μ m。上述航空航天用纳米改性铜合金棒通过与实施例I相同的工序制得。
实施例3航空航天用纳米改性铜合金棒，其组分为1.0% (重量百分比)的碳，粒度为50ym；3% (重量百分比)的镍，粒度为50nm;2% (重量百分比)的氧化钛，粒度30nm ;余量为铜，粒度为50 μ m。上述航空航天用纳米改性铜合金棒通过与实施例I相同的工序制得。从成品库中随机抽取本发明所述铜合金棒进行检测，检测结果是抗拉强度为800 950MPa，延伸率为8%，硬度为220HB。传统QSn6. 5-0. I的抗拉强度为350 800MPa、延伸率为7. 4 70%、以及硬度为70 200HB。本发明的铜合金棒与传统QSn6. 5-0. I的检测数值如下表一。表一
牌号抗拉强度(MPa)延伸率(％)|硬度(HB)
本发明的铜合金棒 CuClNi3Ti022 8 00 9508220
传统的锡磷青铜QSn6. 5-0. I350 8007. 4 ~ 70 70 200由上表一可以看出，与传统的QSn6. 5-0. I锡磷青铜棒相比,本发明的铜合金棒的抗拉强度、延伸率、以及硬度的数值均较大，因此本发明的铜合金棒完全可以取代传统的QSn6. 5-0. I锡磷青铜棒，而且铜合金棒在生产工艺中的挤压工序中出现裂纹的几率较低，产品成品率较高。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
权利要求
1.一种航空航天用纳米改性铜合金棒，其特征在于，由以下组分组成占铜合金棒总质量的0. 5-1. 5%的碳，占铜合金棒总质量的1-5%的镍，占铜合金棒总质量的1-3%的氧化钛，余量为铜。
2.根据权利要求I所述的航空航天用纳米改性铜合金棒，其特征在于，所述碳的粒径<70 u m0
3.根据权利要求I所述的航空航天用纳米改性铜合金棒，其特征在于，所述镍的粒径为 40 60nm。
4.根据权利要求I所述的航空航天用纳米改性铜合金棒，其特征在于，所述氧化钛的粒径为20 40nm。
5.根据权利要求I所述的航空航天用纳米改性铜合金棒，其特征在于，所述铜的粒径<70 u m。
6.—种权利要求I 5中任一项所述的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一按照配比分别将碳、镍、氧化钛、铜的粉末颗粒放入球磨机中进行撞击、研磨和搅拌，以获得组织和成分均匀的合金粉末； 步骤二 将步骤一得到的合金粉末加热至1450 1550°C，待完全熔化后将液态合金保温至 1530°C ； 步骤三将完全熔化的液态合金充分搅拌，然后在液态合金上覆盖以防止其氧化的石墨粉; 步骤四进行铸造操作，得到合金锭； 步骤五将步骤四得到的合金锭置入真空退火炉中退火，然后将退火后的合金锭从真空退火炉中取出并置于空气中自然冷却； 步骤六将合金锭挤压为合金棒，并通过制头拉伸、应力退火、以及两头切净将合金棒制成成品规格的合金棒。
7.根据权利要求6所述的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，其特征在于，所述步骤三中在液态合金上覆盖的石墨粉的厚度为10 12mm。
8.根据权利要求6所述的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的铸造操作具体为水平连续振动铸造法。
9.根据权利要求6所述的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，其特征在于，所述步骤五中的退火温度为410 460°C，退火时间为5 6小时。
10.根据权利要求6所述的航空航天用纳米改性铜合金棒的制备方法，其特征在于，所述步骤六中的应力退火的温度为350 380°C。
全文摘要
本发明涉及一种航空航天用纳米改性铜合金棒，由以下组分组成占铜合金棒总质量的0.5-1.5％的碳，碳的粒径＜70μm；占铜合金棒总质量的1-5％的镍，镍的粒径为40～60nm；占铜合金棒总质量的1-3％的氧化钛，氧化钛的粒径为20～40nm；余量为铜，铜的粒径＜70μm。本发明还涉及一种制备航空航天用纳米改性铜合金棒的方法。本发明制得的航空航天用纳米改性铜合金棒成品率高、性能稳定且内部缺陷少，可以广泛应用于铜合金棒的制造中。
文档编号C22F1/08GK102628117SQ20121012379
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者孙飞, 陆海荣 申请人:苏州天兼金属新材料有限公司