一种石油工程设备用高强度铜合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石油工程设备用高强度铜合金材料及其制备方法，该铜合金材料由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1‑4％，稀土：0.5‑1.5％，铜合金ZCuAl

A high strength copper alloy material for petroleum engineering equipment and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石油工程设备用高强度铜合金材料及其制备方法
本专利技术涉及合金材料领域，特别涉及一种石油工程设备用高强度铜合金材料及其制备方法。
技术介绍
纳米碳化硅是一种通过一定的技术条件，在普通碳化硅材料的基础上制备而出的一种纳米材料。纳米碳化硅具有纯度高，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，低热膨胀系数及高温强度大等特点。国标铜合金材料ZCuAl10Fe3Mn2或美标合金材料C95400是一种铝青铜材料，由于有较高的强度和减摩性，良好的耐蚀性，在热态下压力加工性良好，可电焊和气焊，主要用于如轴衬，轴套，法兰盘，齿轮及其他重要耐蚀零件，耐磨零件。但是在特殊应用方面，其性能难以满足比如航空航天高强度耐压产品﹑石油工程特别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石油工程设备用高强度铜合金材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种石油工程设备用高强度铜合金材料，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的镧：0.1-0.3％，稀土中的铈：0.075-0.225％。进一步地，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1％，稀土：0.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的镧：0.1％，稀土中的铈：0.075％。进一步地，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：2％，稀土：1％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的镧：0.2％，稀土中的铈：0.15％。进一步地，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：3％，稀土：1.2％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：95％，其中，稀土中的镧：0.24％，稀土中的铈：0.18％。进一步地，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：4％，稀土：1.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：96％，其中，稀土中的镧：0.3％，稀土中的铈：0.225％。进一步地，所述镀镍碳化硅的粒径为30μm-100μm。本专利技术还提供了一种制备上述石油工程设备用高强度铜合金材料的方法，包括以下步骤：步骤一，按照国标GB/T1176-2013的标准以及铜合金ZCuAl10Fe3Mn2的化学成分要求，将电解铜、铝、铁和锰按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜水体积在熔炉体积的80％以下；步骤二，采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内；步骤三，将镀镍碳化硅粉体放入检验合格的ZCuAl10Fe3Mn2铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌，使其均匀混合，进一步升高温度至1200-1300℃度并保持15-20分钟；步骤四，按照比例添加稀土粉末，并，之后将熔炼炉降温至1100-1110℃；步骤五，保温与铸造，将熔炼完成的合金材料保温25-35分钟，采用连续铸造的方式将此合金铸造成合金棒材，铸造温度为1050-1080℃；步骤六，将铸造完成的合金棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。进一步地，在步骤一中，熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为4-5小时。进一步地，在步骤三中，搅拌速度为300转/分钟。进一步地，在步骤四中，搅拌10-15分钟，搅拌速度为200转/分钟。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：本专利技术将镀镍碳化硅材料通过一定的技术手段均匀分布在现有的合金材料中，利用镀镍碳化硅可润湿、高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，实现合金材料的性能的进一步提升；添加稀土元素使合金材料晶粒组织进一步细化，便于成型。本专利技术所得到的合金新材料具有更高的强度﹑硬度﹑耐磨性以及耐腐蚀性，从而延长航空航天高强度耐压产品﹑石油工程特别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的使用寿命。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术实施例进一步详细说明。本专利技术提供的石油工程设备用高强度铜合金材料由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的镧：0.1-0.3％，稀土中的铈：0.075-0.225％。其中，稀土中含有20％的镧La、15％的铈Ce，镀镍碳化硅的粒径为50μm-150μm，优选地，镀镍碳化硅的粒径为30μm-100μm。实施例1一种石油工程设备用高强度铜合金材料，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1％，稀土：0.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的镧：0.1％，稀土中的铈：0.075％。制备上述铜合金材料的方法包括以下步骤：步骤一，按照国标GB/T1176-2013的标准以及铜合金ZCuAl10Fe3Mn2的化学成分要求，将电解铜、铝、铁和锰按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜水体积在熔炉体积的80％以下，熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为4-5小时；步骤二，采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金水进行成分检测，以确定其化学成分在国标要求范围之内；步骤三，将镀镍碳化硅粉体放入检验合格的ZCuAl10Fe3Mn2铜合金液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌，使其均匀混合，搅拌速度为300转/分钟，进一步升高温度至1200-1300℃度并保持15-20分钟；步骤四，按照比例添加稀土粉末，并搅拌10-15分钟，搅拌速度为200转/分钟，之后将熔炼炉降温至1100-1110℃；步骤五，保温与铸造，将熔炼完成的合金材料保温25-35分钟，采用连续铸造的方式将此合金铸造成合金棒材，铸造温度为1050-1080℃；步骤六，将铸造完成的合金棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。本专利技术所得到的合金新材料具有更高的强度﹑硬度﹑耐磨性以及耐腐蚀性，从而延长航空航天高强度耐压产品﹑石油工程特别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的使用寿命。实施例2一种石油工程设备用高强度铜合金材料，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：2％，稀土：1％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的镧：0.2％，稀土中的铈：0.15％。制备上述铜合金材料的方法包括以下步骤：步骤一，按照国标GB/T1176-2013的标准以及铜合金ZCuAl10Fe3Mn2的化学成分要求，将电解铜、铝、铁和锰按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜水体积在熔炉体积的80％以下，熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石油工程设备用高强度铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，铜合金ZCuAl

【技术特征摘要】
1.一种石油工程设备用高强度铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的镧：0.1-0.3％，稀土中的铈：0.075-0.225％。


2.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：1％，稀土：0.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的镧：0.1％，稀土中的铈：0.075％。


3.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：2％，稀土：1％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的镧：0.2％，稀土中的铈：0.15％。


4.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：3％，稀土：1.2％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：95％，其中，稀土中的镧：0.24％，稀土中的铈：0.18％。


5.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：镀镍碳化硅：4％，稀土：1.5％，铜合金ZCuAl10Fe3Mn2：96％，其中，稀土中的镧：0.3％，稀土中的铈：0.225％。


6.根据权利要求1-5任一项所述的铜合金材料，其特征在于，所述镀镍碳化硅的粒径为30μm-100μm。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞，赵勇，陈静，
申请(专利权)人：苏州天兼新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32