一種航空航天用納米改性銅合金棒及其製備方法
2023-07-18 00:33:46 1
專利名稱：一種航空航天用納米改性銅合金棒及其製備方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域，特別涉及一種航空航天用納米改性銅合金棒及其製備方法。
背景技術：
QSn6. 5-0. I低硬度錫磷青銅是航空航天技術領域所用的重要材料之一，其化學組分為6· 0% 7. 0%錫、彡 O. 02%鉛、O. 10% O. 25%磷、彡 O. 002%鋁、彡 O. 05%鐵、(O. 002%矽、< O. 002%銻、< O. 002%鉍、以及其他雜質。QSn6. 5-0. I低硬度錫磷青銅具有高的強度、彈性、耐磨性和抗磁性，在熱態和冷態下壓力加工性良好，對電火花有較高的抗燃性，可焊接和釺焊，可切削性良好，在大氣、淡水中耐蝕等良好性能，因此主要用於製作航空航天領域所需的彈簧和導電性好的彈簧接觸片、耐磨零件和抗磁零件，如齒輪、電刷盒、振動片、接觸器等等，但是在其生產過程中，生產工藝中的擠壓工序往往會導致棒材產生開裂等缺陷，造成產品的成品率較低。
發明內容
本發明的目的是提供一種不僅具有傳統的QSn6. 5-0. I錫磷青銅棒的滿足使用要求的各種性能，可以取代QSn6. 5-0. I應用在航空航天技術領域中，而且在生產工序中的擠壓工序中棒材不產生或者很少產生開裂等缺陷的航空航天用納米改性銅合金棒及其製備方法。為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下一種航空航天用納米改性銅合金棒，由以下組分組成佔銅合金棒總質量的
O.5-1. 5%的碳，佔銅合金棒總質量的1-5%的鎳，佔銅合金棒總質量的1-3%的氧化鈦，餘量為銅。進一步地,所述碳的粒徑< 70 μ m。進一步地,所述鎳的粒徑為40 60nm。進一步地，所述氧化鈦的粒徑為20 40nm。進一步地,所述銅的粒徑< 70 μ m。一種航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，包括以下步驟步驟一按照配比分別將碳、鎳、氧化鈦、銅的粉末顆粒放入球磨機中進行撞擊、研磨和攪拌，以獲得組織和成分均勻的合金粉末；步驟二 將步驟一得到的合金粉末加熱至1450 1550°C，待完全熔化後將液態合金保溫至1530°C ；步驟三將完全熔化的液態合金充分攪拌，然後在液態合金上覆蓋以防止其氧化的石墨粉；步驟四進行鑄造操作，得到合金錠；步驟五將步驟四得到的合金錠置入真空退火爐中退火，然後將退火後的合金錠從真空退火爐中取出並置於空氣中自然冷卻；
步驟六將合金錠擠壓為合金棒，並通過制頭拉伸、應力退火、以及兩頭切淨將合金棒製成成品規格的合金棒。進一步地，所述步驟三中在液態合金上覆蓋的石墨粉的厚度為10 12mm。進一步地，所述步驟四中的鑄造操作具體為水平連續振動鑄造法。進一步地，所述步驟五中的退火溫度為410 460°C，退火時間為5 6小時。進一步地，所述步驟六中的應力退火的溫度為350 380°C。本發明由於採用以上技術方案，其具有以下優點1、本發明採用了一種新的由碳、鎳、氧化鈦以及銅的配比製成的納米改性銅合金棒，該銅合金棒的抗拉強度為800 950MPa，延伸率為8%，硬度為220HB，因此本發明所述的銅合金棒不僅具有傳統的QSn6. 5-0. I錫磷青銅棒的各種性能，其完全可以取代傳統的QSn6. 5-0. I錫磷青銅棒，而且本發明大大降低了銅合金棒在擠壓工序中容易出現裂紋缺陷的機率，極大地提高了銅合金棒的成品合格率。2、本發明的製作銅合金棒所用原料的粒徑分別為碳的粒徑<70μπκ鎳的粒徑為40 60nm、氧化鈦的粒徑為20 40nm、銅的粒徑< 70 μ m,並將上述粉末顆粒置入球磨機中進行撞擊、研磨和攪拌，則製得的銅合金棒不僅組織成分均勻，而且其元素的晶粒細小，制出的銅合金棒為納米改性銅合金棒，其性能穩定且內部缺陷少。因此本發明製得的航空航天用納米改性銅合金棒成品率高、性能穩定且內部缺陷少，可以廣泛應用於銅合金棒的製造中，該銅合金棒可以廣泛應用於航空航天領域中。
圖I是本發明的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法流程圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明，但並非限制本發明的應用範圍。實施例I航空航天用納米改性銅合金棒，其組分為0.5% (重量百分比)的碳，粒度為40 μ m ； I % (重量百分比)的鎳，粒度為40nm ;1% (重量百分比)的氧化鈦，粒度20nm ;餘量為銅，粒度為40 μ m。如圖I所示，上述納米改性銅合金棒通過以下步驟製備得到步驟一按照配比分別將碳、鎳、氧化鈦、銅的粉末顆粒放入高能球磨機，用高能球磨機的轉動或震動使硬球對碳、鎳、氧化鈦、銅的粉末顆粒進行撞擊、研磨和攪拌，便可獲得組織和成分均勻的合金粉末；步驟二 將步驟一得到的合金粉末置於工頻電爐內，加熱至1450 1550°C，待完全熔化後將液態合金保溫至1530°C ；步驟三用石墨工具將完全熔化的液態合金充分攪拌，然後在液態合金上覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，覆蓋厚度為10 12_ ；步驟四採用水平連續振動鑄造法，鑄造成外徑為Φ 145mm、長度為410mm的實心
合金錠；步驟五將實心合金錠放置於箱式真空退火爐中退火5 6小時，退火溫度為410 460°C,然後將退火後的合金錠從箱式真空退火爐中取出，置於空氣中自然冷卻；步驟六採用液壓1800噸的擠壓機將加熱後的合金錠擠壓為外徑為Φ45πιπι的合金棒，通過制頭及拉伸將外徑為Φ45ι πι的合金棒的外徑拉伸為Φ40ι πι,然後採用350 3800C的光亮應力退火，退火完成後將合金棒的兩頭切淨則製成成品規格的合金棒；步驟七包裝入庫。實施例2航空航天用納米改性銅合金棒，其組分為1.5% (重量百分比)的碳，粒度為60ym；5% (重量百分比)的鎳，粒度為60nm;3% (重量百分比)的氧化鈦，粒度40nm ;餘量為銅，粒度為60 μ m。上述航空航天用納米改性銅合金棒通過與實施例I相同的工序製得。
實施例3航空航天用納米改性銅合金棒，其組分為1.0% (重量百分比)的碳，粒度為50ym；3% (重量百分比)的鎳，粒度為50nm;2% (重量百分比)的氧化鈦，粒度30nm ;餘量為銅，粒度為50 μ m。上述航空航天用納米改性銅合金棒通過與實施例I相同的工序製得。從成品庫中隨機抽取本發明所述銅合金棒進行檢測，檢測結果是抗拉強度為800 950MPa，延伸率為8%，硬度為220HB。傳統QSn6. 5-0. I的抗拉強度為350 800MPa、延伸率為7. 4 70%、以及硬度為70 200HB。本發明的銅合金棒與傳統QSn6. 5-0. I的檢測數值如下表一。表一
牌號抗拉強度(MPa)延伸率(％)|硬度(HB)
本發明的銅合金棒 CuClNi3Ti022 8 00 9508220
傳統的錫磷青銅QSn6. 5-0. I350 8007. 4 ~ 70 70 200由上表一可以看出，與傳統的QSn6. 5-0. I錫磷青銅棒相比,本發明的銅合金棒的抗拉強度、延伸率、以及硬度的數值均較大，因此本發明的銅合金棒完全可以取代傳統的QSn6. 5-0. I錫磷青銅棒，而且銅合金棒在生產工藝中的擠壓工序中出現裂紋的機率較低，產品成品率較高。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護範圍當中。
權利要求
1.一種航空航天用納米改性銅合金棒，其特徵在於，由以下組分組成佔銅合金棒總質量的0. 5-1. 5%的碳，佔銅合金棒總質量的1-5%的鎳，佔銅合金棒總質量的1-3%的氧化鈦，餘量為銅。
2.根據權利要求I所述的航空航天用納米改性銅合金棒，其特徵在於，所述碳的粒徑<70 u m0
3.根據權利要求I所述的航空航天用納米改性銅合金棒，其特徵在於，所述鎳的粒徑為 40 60nm。
4.根據權利要求I所述的航空航天用納米改性銅合金棒，其特徵在於，所述氧化鈦的粒徑為20 40nm。
5.根據權利要求I所述的航空航天用納米改性銅合金棒，其特徵在於，所述銅的粒徑<70 u m。
6.—種權利要求I 5中任一項所述的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟一按照配比分別將碳、鎳、氧化鈦、銅的粉末顆粒放入球磨機中進行撞擊、研磨和攪拌，以獲得組織和成分均勻的合金粉末； 步驟二 將步驟一得到的合金粉末加熱至1450 1550°C，待完全熔化後將液態合金保溫至 1530°C ； 步驟三將完全熔化的液態合金充分攪拌，然後在液態合金上覆蓋以防止其氧化的石墨粉; 步驟四進行鑄造操作，得到合金錠； 步驟五將步驟四得到的合金錠置入真空退火爐中退火，然後將退火後的合金錠從真空退火爐中取出並置於空氣中自然冷卻； 步驟六將合金錠擠壓為合金棒，並通過制頭拉伸、應力退火、以及兩頭切淨將合金棒製成成品規格的合金棒。
7.根據權利要求6所述的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，其特徵在於，所述步驟三中在液態合金上覆蓋的石墨粉的厚度為10 12mm。
8.根據權利要求6所述的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，其特徵在於，所述步驟四中的鑄造操作具體為水平連續振動鑄造法。
9.根據權利要求6所述的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，其特徵在於，所述步驟五中的退火溫度為410 460°C，退火時間為5 6小時。
10.根據權利要求6所述的航空航天用納米改性銅合金棒的製備方法，其特徵在於，所述步驟六中的應力退火的溫度為350 380°C。
全文摘要
本發明涉及一種航空航天用納米改性銅合金棒，由以下組分組成佔銅合金棒總質量的0.5-1.5％的碳，碳的粒徑＜70μm；佔銅合金棒總質量的1-5％的鎳，鎳的粒徑為40～60nm；佔銅合金棒總質量的1-3％的氧化鈦，氧化鈦的粒徑為20～40nm；餘量為銅，銅的粒徑＜70μm。本發明還涉及一種製備航空航天用納米改性銅合金棒的方法。本發明製得的航空航天用納米改性銅合金棒成品率高、性能穩定且內部缺陷少，可以廣泛應用於銅合金棒的製造中。
文檔編號C22F1/08GK102628117SQ20121012379
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者孫飛, 陸海榮 申請人:蘇州天兼金屬新材料有限公司