一种高强度纳米碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明设及一种铜基合金复合材料及其制备方法，特别是设及一种用于高载荷叶 轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料。
【背景技术】 阳00引国标铜合金Z化SnieZnz是一种较常用的锡青铜材料，它具有铸造性能、耐蚀性、耐 磨性和可切削性能好，铸件致密性较高，气密性较好等一系列优点；因此主要用于制造在中 等及较高载荷（15MPa)和小滑动速度（3m/s)下工作的重要管配件，W及阀口、旋塞、累体、 齿轮、叶轮和蜗轮等。由于其强度及相应的硬度较低，其在重要齿轮配件中使用年限较短（3 年左右），由此带来了较大的更换成本。为了进一步提高该材料在重要齿轮部件中的应用 年限，在保证其原有耐蚀性和可切削性能的同时提高其强度与硬度是必须要攻克的一个难 题。
[0003] 纳米碳化娃是一种通过一定的技术条件，在普通碳化娃材料的基础上制备而出的 一种纳米材料。纳米碳化娃具有纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，高表面活性，松装 密度低，极好的力学，热学，电学和化学性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自润滑，高 热传导率，低热膨胀系数及高溫强度大等特点。
[0004] 综上，将纳米碳化娃和铜合金Z化SnwZnz二者优势结合在一起的高强度纳米碳化 娃增强铜基复合材料能够在保证铜合金洗uSni。化2原有耐蚀性和可切削性能的同时提高强 度与硬度，从而延长高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料在重要叶轮配件中的使用年限。
【发明内容】
[00化]本发明的目的在于，通过改进纳米碳化娃和铜合金Z化SriinZr^之间体积配比W及 制备条件，提供一种有效提高铜合金洗uSni。化2强度和硬度的用于高载荷叶轮的高强度纳 米碳化娃增强铜基复合材料及其制备方法。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：
[0007] 一种用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料由如下体积百分比 的组分组成：纳米碳化娃1. 2-3. 5%，铜合金Z化Sni。化296. 5-98. 8%。
[0008] 优选地，本发明的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，其特 征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化娃1. 2%，铜合金ZCuSni(jZn298. 8%。
[0009] 优选地，本发明的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，其特 征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化娃2. 5%，铜合金ZQiSni〇Zn297. 5%。
[0010] 优选地，本发明的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，其特 征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化娃3. 5%，铜合金ZQiSni〇Zn296. 5%。 W11] 进一步地，所述纳米碳化娃粒径为50μm-200μm。 阳01引进一步地，所述铜合金Z化SnieZnz由如下质量百分比的组分组成：锡锭 9. 0-11.0%，锋1.0-3. 0%，铅锭《1.5%，儀《2.0%，杂质《1.5%，其余为铜。
[0013] 本发明提供一种用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料的制备 方法，其特征在于，具有W下步骤：
[0014] 1)制备铜合金Z化SnieZnz:将电解铜、锡锭、锋、铅锭、儀按照上述的重量比例放入 电炉中烙炼，烙炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90% ;烙炼溫度为1050-1150°C，时间 为5-化；
[0015] 2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金洗uSni。化2液体进行成分检测，W确定 其化学组成在上述的范围之内；
[0016] 3)将纳米碳化娃按体积百分比为1. 2-3. 5%放入上述铜合金Z化Sni。化2液体的表 面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行揽拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉 溫度至 1400-1450°C并保持 20-30min;
[0017] 4)将制作完成的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料在电炉中进行保溫，时间为 25-30min;之后采用连续铸造的方式将此高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料铸造成高强 度铜基合金复合棒材，铸造溫度为1250-1300°C;
[0018] 5)将铸造完成之后的高强度铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并按照出厂 标准包装。
[0019] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化娃的体积百分比为1. 2%。
[0020] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化娃的体积百分比为2. 5%。
[0021] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化娃的体积百分比为3. 5%。
[0022] 采用上述技术方案，本发明的有益效果有：
[0023] 1.本发明将纳米碳化娃材料通过一定的技术手段均匀分布在铜合金Z化SnieZnz 材料中，利用纳米级碳化娃高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高溫强度大的性能，弥补了 铜合金ZCuSninZnz材料的硬度低、强度差、使用寿命短等缺点，实现铜合金ZCuSn1。化2材料 的硬度和强度性能的进一步提升。
[0024] 2.本发明所得到的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，通过改变纳米碳化娃和 铜合金Z化SniuZnz的体积比，能有效的提高最终铜基合金复合材料的强度、硬度耐磨性W及 耐腐蚀性。高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料的机械性能有显著提高并且其制造的部件 的载荷由15MI^提高至28MPa-30MPa，滑动速度由3m/s提高至7m/s-8m/s，其作为重要叶轮 配件的使用年限由3年左右提高至5-7年。
【附图说明】
[00巧]图1是本发明的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料的方法 的流程图。
【具体实施方式】
[00%] W下结合附图及实施例对本发明提供的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料及 其制备方法作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。 阳〇八]连施俩11
[0028] 本发明实施例1的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，其特 征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化娃1. 2%，铜合金Z化Sni〇Zn298. 8%，其中 纳米碳化娃粒径为50μmW上，200μmW下。
[0029] 本发明实施例1的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料的制 备方法，其特征在于，具有W下步骤（如图1所示）：
[0030] 1)制备铜合金Z化Sni(jZn2:将电解铜、锡锭、锋、铅锭、儀按照上述的重量比例放入 电炉中烙炼，烙炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90% ;烙炼溫度为1050°C，时间为化；
[0031] 2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金洗uSni。化2液体进行成分检测，W确定 其化学组成在上述的范围之内； 阳0巧如将纳米碳化娃按体积百分比为1. 2%放入上述铜合金Z化SninZnz液体的表面， 开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行揽拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉溫 度至1400°C并保持20min;
[0033] 4)将制作完成的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料在电炉中进行保溫，时间为 25min;之后采用连续铸造的方式将此高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料铸造成高强度 铜基合金复合棒材，铸造溫度为1250°C;
[0034] 5)将铸造完成之后的高强度铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并按照出厂 标准包装。 阳的引 连施俩I2
[0036] 本发明实施例2的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料，其特 征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化娃2. 5 %，铜合金ZCuSni〇Zn297. 5 %，其中 纳米碳化娃粒径为50μmW上，200μmW下。
[0037] 本发明实施例2的用于高载荷叶轮的高强度纳米碳化娃增强铜基复合材料的制 备方法，其特征在于，具有W下步骤（如图1所示）：
[003引 1)制备铜合金Z化Sni(jZn2:将电解铜、锡锭