一种高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铜基合金复合材料及其制备方法，特别是涉及一种用于海洋工程 起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料。
【背景技术】
[0002] 铸造方法按照国标GB/T 1176-2013的标准制备的铜合金ZCuSn10Pb5是一种多用 途的锡铅青铜材料，由于其具有很好的耐腐蚀性，特别是对稀硫酸、盐酸和脂肪酸的耐腐蚀 性高，因此主要用于如制造耐蚀、耐酸的配件以及破碎机的衬套、轴瓦等。但是由于其抗拉 强度和硬度性能较低（抗拉强度彡245MPa，硬度彡70HBW)，严重限制了该材料在耐腐蚀性 的海洋工程中的应用，现阶段只有海洋工程工程用平台搭建中得到使用，而在海水中需要 耐腐蚀的起重机械方面难以应用。
[0003] 纳米碳化钛是一种碳化钛的纳米材料，恪点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好， 不水解，高温抗氧化性好。纳米碳化钛是一种高纯度碳化钛粉末，是由二氧化钛与炭黑在通 氢气的碳管炉或调频真空炉内于1600°C -1800°C高温下反应制得。由于纳米碳化钛硬度 大，具有良好的力学性能，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削 刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。
[0004] 综上，利用纳米碳化钛的高硬度和力学性能良好的优点，克服了铜合金ZCuSn10Pb 5抗拉强度和硬度性能较低的缺点，将纳米碳化钛与铜合金ZCuSnwPb5制备成复合材料在保 证铜合金ZCuSnwPbJI有耐腐蚀性能的同时提高抗拉强度和硬度，从而使得该高强度纳米 碳化钛铜基耐腐蚀合金材料能够应用于海水中的起重机械。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，通过改进纳米碳化钛和铜合金ZCuSnwPb5之间体积配比以及 制备条件，提供一种有效提高铜合金ZCuSnwPb5抗拉强度和硬度的用于海洋工程起重设备 的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料及其制备方法。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：
[0007] -种用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料 由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛1.0-2. 5%，铜合金 ZCuSn1QPb597 . 5-99 . 0%。
[0008] 优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀 合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛1.0%，铜合金 ZCuSn1(]Pb599. 9%。
[0009] 优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀 合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛2. 5%，铜合金 ZCuSn1QPb597. 5%。
[0010] 优选地，本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀 合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛2.0%，铜合金 ZCuSn1(]Pb598. 0%。
[0011] 进一步地，所述铜合金ZCuSnwPb5*如下质量百分比的组分组成：锡锭 9. 0-11. 0%，铅锭4. 0-6. 0%，锌彡L 0%，杂质彡L 0%，其余为铜。
[0012] 本发明提供一种用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材 料的制备方法，具有以下步骤：
[0013] 1)制备铜合金ZCuSn1()Pb5^#电解铜、铅锭、锡锭、锌按照上述的重量比例放入电 炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90% ;熔炼温度为1100-1200°C，时间为 3-3. 5h ；
[0014] 2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金ZCuSnwPb5液体进行成分检测，以确定 其化学组成在上述的范围之内；
[0015] 3)将纳米碳化钛按体积百分比为1. 0-2. 5%放入上述铜合金体的表 面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉 温度至 1150-1200°C并保持 45-50min ;
[0016] 4)将制作完成的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料在电炉中进行保温，时间 为35-40min ;之后采用连续铸造的方式将此高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料铸造 成高强度耐腐蚀合金棒板，铸造温度为1100-1150°C ;
[0017] 5)将铸造完成之后的高强度耐腐蚀合金棒板进行表面车加工处理，并按照出厂标 准包装。
[0018] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化钛的体积百分比为1. 0%。
[0019] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化钛的体积百分比为2. 5%。
[0020] 进一步地，步骤3中，所述纳米碳化钛的体积百分比为2. 0%。
[0021] 采用上述技术方案，本发明的有益效果有：
[0022] 1.本发明将高纯度纳米碳化钛材料通过上述技术手段均匀分布在铜合金 ZCuSn1 Jb5材料中，利用纳米级碳化钛硬度高，强度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化 性好的性能，弥补了铜合金ZCuSnwPb5材料的抗拉强度低和硬度低等缺点，实现铜合金 ZCuSn1 Jb5材料的抗拉强度和硬度的进一步提升。
[0023] 2.本发明所得到的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料，通过改变纳米碳化钛 和铜合金ZCuSnwPbj^体积比，能有效的提高最终铜基合金复合材料的抗拉强度和硬度。高 强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料制造的部件的抗拉强度由245MPa提高至440MPa，硬 度由70HBW提高至140HBW，从而使得该高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料能够应用于 海水中的起重机械。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材 料的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图和实施例对本发明提供的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳 化钛铜基耐腐蚀合金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。
[0026] 实施例1
[0027] 本发明实施例1的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐 蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛1.0%，铜 合金ZCuSn1QPb599. 0 %，其中铜合金ZCuSn10Pb5由如下质量百分比的组分组成：锡锭 9. 0-11. 0%，铅锭4. 0-6. 0%，锌彡L 0%，杂质彡L 0%，其余为铜。
[0028] 本发明实施例1的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金 材料的制备方法，具有以下步骤（参见图1):
[0029] 1)制备铜合金ZCuSn1()Pb5^#电解铜、铅锭、锡锭、锌按照上述的重量比例放入电 炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的90% ;熔炼温度为IKKTC，时间为3h ;
[0030] 2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金ZCuSnwPb5液体进行成分检测，以确定 其化学组成在上述的范围之内；
[0031] 3)将纳米碳化钛按体积百分比为1. 0%放入上述铜合金ZCuSnwPb5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搅拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉温 度至1150°C并保持45min ;
[0032] 4)将制作完成的高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料在电炉中进行保温，时间 为35min ;之后采用连续铸造的方式将此高强度纳米碳化钛铜基耐腐蚀合金材料铸造成高 强度耐腐蚀合金棒板，铸造温度为IKKTC ;
[0033] 5)将铸造完成之后的高强度耐腐蚀合金棒板进行表面车加工处理，并按照出厂标 准包装。
[0034] 实施例2
[0035] 本发明实施例2的用于海洋工程起重设备的高强度纳米碳化钛铜基耐腐 蚀合金材料由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98 %的纳米碳化钛2. 5%，铜 合金ZCuSn1QPb597. 5 %，其中铜合金ZCuSn10Pb5由如下质量百分比的组分组成：锡锭 9. 0-11. 0%，铅锭4. 0-6. 0%，锌彡L 0%，杂质彡L 0%，其余为铜。
[0036] 本发明实施例2的用于海洋工程起重设备的高强度纳