专利名称：：铜合金、铜合金的制备方法、铜管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及有色金属材料，尤其涉及一种铜合金、铜合金的制备方法、铜管。
背景技术：
：空调制冷用铜管(简称空调管)是专门用于诸如空调器等制冷系统热交换器的管材，这种管材包括光面管和带有不同内外表面形状的管材，如内螺紋管、翅片管等。现有空调制冷用铜管的材料为磷脱氧铜，其软态常温下抗拉强度在205N255MP，其包含两个牌号TP,、TP2,各个组分的组成"t要重量百分比计分别为TP,含铜Ci^99.9%，含磷P0.0040.012%;TPz含Cu299.90/0,含磷为0.0150.040%。在这两种磷脱氧铜中，Sn元素含量均在0.005%以下，Zn元素含量在0.001%以下。该两个牌号的磷脱氧铜虽然具有良好的韧性、焊接性能、一定的强度、致密度以及耐蚀性；但是，鉴于以下三个原因其一目前，空调制冷行业用管材正向小克重、薄壁化节约材料方向发展；管壁越薄，其耐压力越小，由此将导致采用该管材的设备的使用寿命及可靠性的降低。其二环保型高压制冷剂开发应用，对系统用传热管材的耐压能力提出了更高要求；例如，在家用空调行业，目前普遍使用的制冷剂是HCFC-R22，它作为制冷剂已应用了几十年，对臭氧层有一定破坏作用，相比之下，环保型的新冷媒R407c、R410a对臭氧层的破坏率则为零，而且制冷、制热效率高，被国际制冷界认为是目前家用空调的最佳冷媒。而且这种新冷媒也易于实现空调系统的小型化，在一定程度上也节约了材料和制造费用。但是，对环保型的新冷i某R4(Hc、R410a而言，制冷系统的高压为3.0MP，低压为1.2MP，而在同样的情况下，该压力为传统型的"老冷媒"R22的1.5倍。其三近年来，由于人类对于大气污染的关注越来越强烈，对制冷剂的环境污染指标要求越来越高，这使得，空调中常用得制冷剂的使用受到极大得限制，采用无公害制冷剂得呼声越来越高。因此寻找一种对大气无污染，并且热力学性质又满足要求得制冷剂工质的任务就显得相当紧迫。在所考察的各种制冷剂工质中，co2由于其得天独厚的条件就成为汽车空调制冷剂替代工质的首选。但是，C02作为空调制冷剂的一大缺点是，系统必须在很大的压力下才能工作——比传统系统高5倍，而在高压下操作显然对空调管的耐压力提出了挑战。综上所述，随着薄壁、新冷j泉以及天然工质的出现对空调管的耐压力提出了更高的要求，但是由于制备现有磷脱氧铜制备的空调管，其本身耐压力过低，从而导致以其为材料制备的管材不能很好的满足空调业的使用需求。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种高耐压能力的铜合金材料，基于该铜合金材料制成的铜管，可以克服磷脱氧铜管耐压力过低的缺陷。为了解决上述问题，本发明公开了一种铜合金，所述铜合金中，含有微量元素与磷脱氧铜成的a固溶体，所述樣i量元素至少包括锡。优选地，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1~2.0%。优选地，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05~1.0%。另一方面，本发明公开了一种铜合金的制备方法，包含如下步骤预加热至少包括锡的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；将所述微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中；在所述微量元素均匀分布后，进行铸造、冷却，以形成含有a固溶体的铜合金。优选地，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步为将总重量百分比为0.1~2.0%的锡添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。优选地，所述微量元素还包括锌，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步还包括将总重量百分比为0.05~1.0%的锌添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。另一方面，本发明公开了一种铜管，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的(X固溶体，所述微量元素至少包括锡。优选地，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1~2.0%。优选地，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05~1.0%。与现有技术相比，在本发明提供的铜合金中，由于包含有微量元素锡与磷脱氧铜形成的oc固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，从而，使采用这种合金的铜管的耐压力有很大的提高。图1是根据本发明铜合金制备方法实施例的步骤流程图；图2是根据本发明铜合金制备方法实施例的详细步骤流程图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明利用微合金化原理，以磷脱氧铜为基体，通过添加适量微量元素，使之在基体中形成ct固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，从而，使采用这种合金的铜管的耐压力有很大的提高。在磷脱氧铜中加入锡(Sn)元素，通过固溶强化，有效的改善合金的力学性能，但如果Sn的总重量百分比低于O.P/。，固溶强化的效果与现有技术相比没有优势，但如果超过2.0%,制备的材料抗拉强度虽然得到了增强，但是，该材料的属性却给空调管材的加工带来了很大的难度，亦即不适合采用这样的配比来制备管材，因此，综合考虑和比较，本发明确定Sn元素的重量百分比含量为0.1~2.0%。在磷脱氧铜中加入锌(Zn)元素，可以进一步进行固溶强化，改善合金的力学性能，并且，加入Zn元素，还具有细化晶粒的作用，这样，也可以使材料的力学性能得到改善。若Sn的含量为0.1。/。，加入的Zn的含量应为1.0%，若Sn的含量为2.0%，加入的Zn的含量应为0.05%,也就是说，在所加入的锡的百分比含量控制在0.1~2.0%的范围内时，应加入含量为0.05~1.0%范围的锌，相对于只添加锡元素，都能够在起到合金改善性能的作用。下面，将具体描述本发明铜合金的不同的实施例。实施例一一种铜合金，包含按重量百分比为0.01-2.0%的Sn元素的磷脱氧铜合金，元素Sn在所述磷脱氧铜基体中形成oc固溶体。通过以磷脱氧铜为基体溶剂，根据铸造炉容量，添加0.1~2.0%溶质金属Sn,使溶质元素固溶在基体中，使铜合金化，由于晶体间变形阻力增加，最终产生固溶强化的效果。为了进一步改善铜合金的力学性能，还可以通过磷脱氧铜原材料来进一步控制其他元素的含量0.004%以下的S，0.004%以下的O，0.01~0.05%之间的P，其余是Cu和杂质，进一步地，可以控制杂质中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%。在这里，需要说明的是，Zn或Sn元素在铜合金中，与铜形成a固溶体，并不存在单质形态的Zn或者Sn了，但是可以通过检测的方法，测得其中的锌或锡的含量。经测试，本发明所提供的铜合金制成的空调管材抗拉强度均大于260MPa,延伸率40%以上，平均晶粒尺寸在0.0150.035mm之间，而磷脱氧铜制成的管材的抗拉强度在230-240MPa。经过批壹实验验证，使用本发明所提供的铜合金所制成的相同规格的管材，其耐压值明显高于磷脱氧铜的耐压值。并且，使用本发明所提供的铜合金制成的管材，相对于磷脱氧铜管制成的管材，在满足正常的工作压力的前提下，管壁可以减薄15%以上，节材效果十分明显。下面给出按照重量百分比为0.1~2.0%的Sn,0.004%以下的S，0.004%以下的O,0.010.05。/o之间的P，其余是Cu和杂质，其中，Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%的配方，制备的铜合金管。在室温下(20。C左右)检测的软态(经过退火后)试样，其抗拉强度如下表所示含锡量(总重量百分比)抗拉强度MPa0,1%2600.45%2702.0%290从上表可以看出，在室温下(2crc左右)检测的软态(经过退火后)铜合金管材试样，其抗拉强度均大于260MPa。而相同条件下，磷脱氧铜管材的抗拉强度只有205~255MPa。铜合金管材抗拉强度的提高了，其对应的耐压力也随之提高。下表给出的是:含锡量控制在0.1~2.0%的Sn,直径7mm,壁厚均为0.24mm的铜合金管、磷脱氧铜管在室温下(20。C左右)检测的软态(经过退火后)试样的多个参数值，通过下表,可以清楚的看出，以本发明铜合金制备铜管，其力学性能相比于磷脱氧铜管的优势。这里，需要着重解释一下爆破压力/抗拉强度的指标，其理解为在相同的抗拉强度条件下，管材所能承受的破坏力，数值越大说明耐压能力越强。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从上表可以看出1、对于指标抗拉强度，本发明所提供的铜合金管所能承受的抗拉强度明显高于同规格的磷脱氧铜管。2、对于指标爆破压力，本发明所提供的铜合金管所能承受的爆破压力明显高于同规格的磷脱氧铜管。3、对于指标爆破压力/抗拉强度，在相同的抗拉强度条件下，本发明所提供的铜合金管所能承受的破坏力明显高于同规格的磷脱氧铜管。因此，对于同规格的铜合金管和磷脱氧铜管，前者的耐压力高于后者。实施例二一种铜合金，包含按重量百分比为0.1~2.0%的Sn元素、按重量百分比为0.05~1.0%Zn元素，元素Sn在所述磷脱氧铜基体中形成a固溶体，元素Zn在所述磷脱氧铜基体中形成a固溶体。为了进一步改善铜合金的力学性能，还可以进一步控制其他元素的含量0.004以下的S,0.004%以下的0，0.010.05。/。之间的P，其余是Cu和杂质，进一步地，可以控制杂质中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%。按照重量百分比为0.01~2.0%的Sn,0.05~1.0%Zn,0.004%以下的S,0.004%以下的O，0.01~0.05%之间的P,其余是Cu和杂质，其中，Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%的配方，制成7mm铜管，在室温下(20。C左右)检测的软态铜管(经过退火后)试样，其抗拉强度如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从上表可以看出，在室温下(20。C左右)检测的软态铜管(经过退火后)试样，其抗拉强度均大于265MPa，而相同条件下，磷脱氧铜制备的铜管的抗拉强度只有205~255MPa。铜合金制备的铜管抗拉强度的提高了，其对应的耐压力也随之提高。铜合金制备方法实施例参照图l,本发明还提出了一种铜合金的制备方法，包括如下步骤步骤101:预加热至少包括锡的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；步骤102:将所述微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中；步骤103:在所述微量元素均匀分布后，进行铸造、冷却，以形成含有ct固溶体的铜合金。在具体实现时，锡在铜合金中的总重量百分比可以控制在0.1~2.0%,如果Sn的总重量百分比低于0.1%，固溶强化的效果与现有技术相比没有优势，但如果超过2.0%，但如果超过2.0%,制备的材料抗拉强度虽然得到了增强，但是，该材料的属性却给空调管材的加工带来了很大的难度，亦即不适合采用这样的配比来制备管材，因此，综合考虑和比较，本发明确定Sn元素的重量百分比含量为0.1-2.0%。进一步地，在熔化的铜液体中，加入Zn元素，可以进一步进行固溶强化，改善合金的力学性能，并且，加入Zn元素，还具有细化晶粒的作用，这样，也可以使材料的力学性能得到改善。经试验，本发明确定Zn元素的重量百分比含量为0.05~1.0%。若Sn的含量为0.10/0,加入的Zn的含量应为1.0%;若Sn的含量为2.0%,加入的Zn的含量应为0.05%;也就是说，在所加入的锡的百分比含量控制在0.1~2.0%的范围内时，应加入含量为0.05~1.0%范围的锌，相对于只添加锡元素，都能够在起到合金改善性能的作用。为了进一步改善铜合金的力学性能，还可以进一步控制其他元素的含量0.004%以下的S，0.004%以下的O,0.01~0.05%之间的P，其余是Cu和杂质，进一步地，可以控制杂质中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%。以下结合一实例，具体说明该本发明所提供铜合金的制备方法，该待制备铜合金各种成分的重量百分比含量为0.45%的Sn，0.004Q/。以下的S，0.004%以下的0,0.01~0.05%之间的P，并且，Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06%。在选取符合杂质含量的原料一一磷脱氧铜后，具体可以这样实施，参照图2，包括如下步骤步骤201:将微量元素锡预加热，以去除水分；步骤202:确定需要向铸造炉中加入的微量元素锡或者(锡、锌)元素的重量；以及磷脱氧铜的重量；例如，若铸造炉的容量为V,则根据该容量V确定待制备的铜合金的总重量M,若待制备合金中仅添加金属锡，且含锡0.45%,则确定向铸造炉中添加Mx0.45。/。的锡，而M-Mx0.45。/。的磷脱氧铜的重量。步骤203:将所需重量的金属锡一次性送入盛放有所需重量液态磷脱氧铜的铸造炉中；之所以将金属锡一次性送入炉铸造炉底，主要原因是待加入的微量元素Sn或Zn密度较低；Sn或Zn的熔点低，极易熔化，熔化时间由Sn(其他的实施例中还可以包括Zn)的形状及大小定；步骤204:搅拌，使铜液里的微量元素Sn均匀化；步骤205:用水平连铸或其它方法铸造成空心铸坯或实心铸锭步骤206:将空心铸坯或实心铸锭冷却却至常温。通过在铜的铸造过程中，以磷脱氧铜为基体溶剂，添加适量溶质金属Sn,使溶质元素固溶在基体中，使铜合金化，由于晶体间变形阻力增加，最终产生固溶强化的效果。经测试，经铸造、轧制、拉伸和退火处理至软态成品的铜合金制备的铜合金管，抗拉强度大于或等于260MPa，延伸率40%以上，平均晶粒尺寸在0.0150.035mm之，并且，同等条件下管材的爆破压力明显大于磷脱氧铜管。根据本发明的实施例，本发明还公开了一种铜管，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的ct固溶体，所述微量元素至少包括锡。优选地，所述锡占所述铜合金总重量百分比的0.1~2.0%。优选地，所述微量元素还包^4辛所述锌占所述铜合金总重量百分比的0.05~1.0%。其原理、方法和具体的试验数据在上述实施例中已经做了的说明，在此不再赘述。综上，在本发明中通过在磷脱氧铜的铸造过程中，以磷脱氧铜为基体溶剂，根据铸造炉容量，添加适量溶质金属Sn或者金属Sn和金属锌Zn，使溶质元素固溶在基体中，使铜微金合化，由于晶体间变形阻力增加，通过固溶强化，使采用本发明所提供的铜合金管的耐压力有很大的提高。以上对本发明所提供的一种铜合金、铜合金的制备方法、铜管进行了详细施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。权利要求1、一种铜合金，其特征在于，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。2、根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1~2.0%。3、根据权利要求2所述的铜合金，其特征在于，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05~1.0%。4、一种铜合金的制备方法，其特征在于，包含如下步骤预加热至少包括锡的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；将所述微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中；在所述微量元素均匀分布后，进行铸造、冷却，以形成含有oc固溶体的铜A夺口亚。5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所迷将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步为将占待制备合金总重量百分比为0.1~2.0%的锡添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述微量元素还包括锌，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步还包括将占待制备合金总重量百分比为0.05~1.0%的锌添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。7、一种铜管，所述铜管的材料为铜合金，其特征在于，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的a固溶体，所述微量元素至少包括锡。8、根据权利要求7所述的铜管，其特征在于，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1~2.0%。9、根据权利要求8所述的铜管，其特征在于，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05~1.0%。全文摘要本发明提供了一种铜合金、铜合金的制备方法、铜管，其中，所述铜合金中，含有微量元素与磷脱氧铜成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。所述锡占所述铜合金总重量百分比的0.1～2.0％。所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量百分比的0.05～1.0％。在本发明提供的铜合金中，由于包含有微量元素锡与磷脱氧铜形成的α固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，进而，使采用这种铜合金的铜管的耐压力有很大的提高。文档编号C22C9/02GK101555557SQ20091013578公开日2009年10月14日申请日期2009年4月29日优先权日2009年4月29日发明者冯振国,刘代星,刘国伟,李俊岐,赵金浩,郭宏林申请人:金龙精密铜管集团股份有限公司