一种铸造青铜合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种青铜合金材料，特别涉及一种核电汽轮机阀体用铸造青铜合金材料，本发明还涉及该青铜合金材料的制备方法。

背景技术：

青铜材料因具有良好的延展性和可锻性等性能，应用较为广泛，例如锻打成型为各类阀块、耐磨泵块，阀体等而应用于核电汽轮机等技术领域中。但是，随着核电工业的迅猛发展，对青铜材料的需求日益扩大，性能要求也日益提高。传统的青铜材料在锻打处理中会产生各种缺陷，越来越不能满足国内外高标泵阀类合金锭的需求，而且锻打过程工艺复杂，成本高，工时长。因此，开发不需要后续锻打处理的铸造青铜合金日益受到重视。但传统的铸造青铜合金由于材料自身内部结构，导致翻砂铸造成型产品极易产生气孔及表面夹杂，不易二次成型。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种青铜合金材料，其力学性能和成品率与传统青铜合金相比明显提高，而气孔率等缺陷明显降低。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个具体实施方式，提供了一种铸造青铜合金材料，其包含：镀镍碳化硅0.5-1.5wt％、铝15-17wt％、铁4-5.5wt％、锰0.5-1.5wt％、镍0.5-1.2wt％，镧或铈0.2-0.7wt％，余量为铜及不可避免的杂质。

根据本发明的一个实施例的铸造青铜合金材料，其中，镀镍碳化硅的粒径为50μm～100μm。

根据本发明的一个实施例的铸造青铜合金材料，其中，镀镍碳化硅含量为1.0-1.5wt％，所述锰含量为1.0-1.5wt％。

根据本发明的一个实施例的铸造青铜合金材料，其中，镍含量为0.8-1.2wt％，所述镧或铈含量为0.5-0.7wt％。

根据本发明的一个具体实施方式，提供了一种制备铸造青铜合金材料的方法，该铸造青铜合金材料为根据以上所述的铸造青铜合金材料，该方法包括以下步骤：

步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、铜置于工频电炉内，加热至1100度完全熔化并保温；

步骤二：将预定含量的稀土元素镧和/或铈添加到保温中的合金熔体当中，开启振动装置与搅拌装置；

步骤三：将粒径50μm～100μm的镀镍碳化硅颗粒添加到合金熔体当中，同时再次进行搅拌；

步骤四：将搅拌完成的合金熔体转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌；

步骤五：将搅拌完成的合金熔体静止后取样检测，以确定成份在设定范围之内；

步骤六：成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖炭黑；

步骤七：根据核电汽轮机阀体用材料的要求进行铸造，包装入库。

根据本发明的一个实施例的制备铸造青铜合金材料的方法，其中，所述步骤二中，振动装置的振动频率为8次/秒，搅拌装置的搅拌速率为250转/分钟，搅拌时间为10-15分钟。

根据本发明的一个实施例的制备铸造青铜合金材料的方法，其中，所述步骤三中搅拌速率为300转/分钟，搅拌时间15-20分钟。

根据本发明的一个实施例的制备铸造青铜合金材料的方法，其中，所述步骤四中搅拌时间为15-20分钟，速率为400转/分钟。

根据本发明的一个实施例的制备铸造青铜合金材料的方法，其中，炭黑的厚度为3-5cm。

本发明提供的核电汽轮机阀体用铸造青铜合金材料，通过在传统青铜材料中加入预处理的碳化硅陶瓷颗粒即镀镍碳化硅颗粒，提高了铸造青铜合金材料的硬度；通过适当添加增强相稀土元素镧或铈，细化了晶粒，改善了合金内部材料的径粒组织结构。由此，本发明的青铜合金材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现达到所需的强度和硬度，能够满足核电汽轮机阀体用材料的要求。

同时，本发明的铸造青铜合金材料有效避免了传统合金材料因锻打而产生的开裂现象，显著降低了青铜材料在铸造过程中产生的气孔率，避免了后续加工，节约了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为制备本发明的铸造青铜合金材料的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的铸造青铜合金材料，包含：镀镍碳化硅0.5-1.5wt％、铝15-17wt％、铁4-5.5wt％、锰0.5-1.5wt％、镍0.5-1.2wt％，镧或铈0.2-0.7wt％，余量为铜及不可避免的杂质。

在进一步的实施例中，所采用的镀镍碳化硅的粒径为50μm～100μm。

在进一步的实施例中，镀镍碳化硅含量为1.0-1.5wt％，锰含量为1.0-1.5wt％。

在进一步的实施例中，镍含量为0.8-1.2wt％，镧或铈含量为0.5-0.7wt％。

其中镀镍碳化硅的制备过程为：

步骤一：活化碳化硅颗粒：将40g碳化硅颗粒(平均粒径为5μm)加入乙酸镍和硼氢化钠的醇溶液(12g乙酸镍、4g硼氢化钠和1L的乙醇)中，滴加稳定剂10％NaOH溶液后常温搅拌30min，搅拌速度为400r/min，形成混合物一；

步骤二：将步骤一中活化完成的混合物一静置沉淀，过滤后用蒸馏水洗涤沉淀，洗涤完成后过滤并70-80℃下烘干；

步骤三，化学镀镍：将26g六水硫酸镍(主盐)、20g一水次亚磷酸钠(还原剂)、44g柠檬酸(络合剂)和66g硫酸铵(缓冲剂)加入烧杯中，并加入蒸馏水直至固体物质全部溶解，形成镀液；将步骤二中5g烘干的活化碳化硅颗粒和痕量稳定剂硫脲加入上述镀液中形成混合物二，将混合物二水浴加热并搅拌(加热温度为40℃，搅拌速度为400r/min)，并在加热搅拌的同时加入NaOH溶液调节混合物二的pH值为9；

步骤四：将步骤三中化学镀镍完成的混合物二静置沉淀，过滤后用蒸馏水洗涤沉淀，洗涤完成后过滤并70-80℃下烘干得到镀镍碳化硅颗粒。

如图1所示，本发明的铸造青铜合金材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、铜置于工频电炉内，加热至1100度完全熔化并保温；

步骤二：将预定质量分数的稀土元素镧和/或铈添加到保温中的合金熔体中，开启振动装置与搅拌装置；

步骤三：将通过以上所述镀镍碳化硅的制备工艺制备的粒径50μm～100μm的镀镍碳化硅颗粒添加到合金熔体当中，同时进行再次搅拌；

步骤四：将搅拌完成的合金熔体转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌；

步骤五：将搅拌完成的合金熔体静止3-5分钟，并取样检测，以检测成分是否在设定含量范围之内；

步骤六：成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖炭黑；

步骤七：根据核电汽轮机阀体用材料的要求进行铸造，包装入库。

在进一步的实施例中，步骤二中振动装置的振动频率为8次/秒，搅拌装置的搅拌速率为250转/分钟，搅拌时间为10-15分钟。

在进一步的实施例中，步骤三中搅拌速率为300转/分钟，搅拌时间15-20分钟。

在进一步的实施例中，步骤四中搅拌时间为15-20分钟，速率为400转/分钟。

在进一步的实施例中，炭黑的厚度为3-5cm，由此能够充分避免氧化和生渣。

对本发明的铸造青铜合金与传统的铸造青铜合金材料和锻打青铜合金材料的力学性能进行了测试，其结果如表1所示：

表1：本发明的铸造青铜材料与传统青铜合金材料的性能对比

由此可见，本发明的新型铸造青铜合金材料与传统的铸造青铜合金材料和锻打青铜合金材料相比，硬度和成品率明显提高，气孔率明显下降，传统上，锻打过程能够有效降低铸造合金产品的气孔率，但本发明的合金材料即使不进行锻打过程即可有效消除气孔，且与锻打青铜合金相比，降低气孔率的成效更加显著。

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。