【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铜合金，具体涉及一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、铜镍合金因其良好的耐海水腐蚀性能、抗污损性能和优良的冷、热加工性能，是船舶和海洋工程的关键材料，广泛应用于船舶主、辅机的冷却水管路、海上采油平台的消防水管路、滨海电厂的热交换器以及海水淡化多级闪蒸装置的盐水加热器等海水冷却系统。高盐高湿高压的海水环境、干湿交替的飞溅带和潮差区以及深海高静水压、洋流等复杂海洋环境对海洋工程及船舶用铜镍合金提出了苛刻要求，材料应具备高强度、耐腐蚀、高韧性等综合性能。随着大型海洋工程及船舶装备的发展，最主要的需求和挑战来自于减轻整体重量和增加安全性，因此，研发海洋工程及船用高强高耐蚀铜镍合金是当前的发展趋势。
2、铜镍合金是以ni为主添加元素的一类铜合金，通常认为铜镍合金是固溶体，在基体中不含第二相，其强度主要是固溶强化起作用。随着大型海洋工程及船舶装备的发展，对铜镍合金的强度和耐蚀性能提出了更高要求。目前仅通过固溶强化的方式提高铜镍合金的强度已达到极限，且在复杂的海洋服役环境中其耐蚀性能不稳定，腐蚀失效现象仍然不可避免，不能满足大型海洋工程及船舶装备的发展要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金协同提升铜镍合金的强度和腐蚀性能，从而有效提升了铜镍合金在海洋环境中的服役可靠性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方
3、本专利技术提供了一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，包括以下质量百分含量的元素：ni元素8~16wt%，fe元素和cr元素之和1~2wt%，fe元素和cr元素的质量比≥3:1，mn元素1~2wt%，al元素1~3wt%，ce元素0.01~0.03wt%，以及余量的cu元素和不可避免的杂质元素；
4、所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金包括基体和在所述基体内部弥散分布的第二相；所述第二相包括cr2ni相和/或cr2fe相，所述第二相为纳米级。
5、优选的，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的晶粒的平均粒径为50~100μm；所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金中低σcsl晶界的百分比≥30%；所述第二相的平均粒径为10~50nm。
6、本专利技术提供了上述技术方案所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：
7、将所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备原料进行熔炼，得到的熔体进行浇铸，得到铸锭；
8、将所述铸锭加热进行均匀化处理，得到均匀化铜合金坯；
9、将所述均匀化铜合金坯进行热挤压处理后水冷，得到第一变形铜合金坯；
10、将所述第一变形铜合金坯进行冷拉拔处理，得到第二变形铜合金坯；
11、将所述第二变形铜合金坯进行退火处理，得到所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金。
12、优选的，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备原料包括：铜单质、镍单质、锰单质、铝单质、铜铁中间合金、铜铬中间合金和铜铈中间合金；所述铜铁中间合金中铁元素的质量百分含量为10~20wt%；所述铜铬中间合金中铬元素的质量百分含量为10~20wt%；所述铜铈中间合金中铈元素的质量百分含量为10~20wt%。
13、优选的，所述熔炼的温度为1150~1400℃。
14、优选的，所述均匀化处理的温度为900~1000℃，保温时间为2~8h。
15、优选的，所述热挤压处理的挤压变形量为40~90%，所述热挤压处理时均匀化铜合金坯的初始温度为900~1000℃，所述热挤压处理使用的挤压筒和模具的温度为400~700℃。
16、优选的，所述冷拉拔处理的变形量为50~99%。
17、优选的，所述退火处理的温度为700~850℃，保温时间为0.5~2h；冷却方式为随炉冷却。
18、本专利技术提供了上述技术方案所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金或上述技术方案所述的制备方法制备得到的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金在海洋工程及船用海水冷却系统中的应用。
19、本专利技术提供了一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，包括以下质量百分含量的元素：ni元素8~16wt%，fe元素和cr元素之和1~2wt%，fe元素和cr元素的质量比≥3:1，mn元素1~2wt%，al元素1~3wt%，ce元素0.01~0.03wt%，以及余量的cu元素和不可避免的杂质元素；所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金包括基体和基体内部弥散分布的第二相；所述第二相包括cr2ni相和/或cr2fe相，所述第二相为纳米级。目前合金材料的强化方式有细晶强化、固溶强化、加工硬化和第二相（析出相）强化。但是对于耐蚀合金材料而言，由于析出相与基体之间的电位不同，在析出相周围可能发生选相腐蚀，从而加速合金材料的腐蚀，因此，在耐蚀合金设计时通常避免第二相的析出。本专利技术克服上述技术偏见，通过对铜合金元素种类以及元素含量的优化设置，实现在合金基体中得到均匀弥散分布的纳米级析出相（cr2ni相和/或cr2fe相），使本专利技术提供的铜合金获得具有良好强化机制的均匀微观组织；同时均匀分散的纳米级析出相可以提高铜合金的电化学均匀性，提高铜合金基体的整体的电位，从而减少第二相与基体间的微电偶腐蚀，由于第二相为纳米级，所以电偶腐蚀可以忽略，且有利于形成均匀的氧化膜和提升氧化膜修复能力，从而实现了纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金协同提升铜镍合金的强度和腐蚀性能，有效提升了铜镍合金在海洋环境中的服役可靠性。
20、本专利技术提供了上述技术方案所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：将所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备原料进行熔炼，得到的熔体进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭加热进行均匀化处理，得到均匀化铜合金坯；将所述均匀化铜合金坯进行热挤压处理后水冷，得到第一变形铜合金坯；将所述第一变形铜合金坯进行冷拉拔处理，得到第二变形铜合金坯；将所述第二变形铜合金坯进行退火处理，得到所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金。本专利技术采用合金化及“均匀化处理→热挤压处理→冷拉拔变形处理→退火处理”的形变热处理方法对铜合金的微观形貌和第二相的分布进行细致调控，实现铜合金基体内部析出均匀弥散分布的析出相，有效提升铜镍合金的强度和耐蚀性能。
21、实施例的结果显示，本专利技术提供的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的抗拉强度≥400mpa，屈服强度≥200mpa，断后伸长率≥30%，室温条件下静态海水浸泡均匀腐蚀速率＜0.015mm/a，室温条件下在流速为3m/s的洁净的人工海水（其中，洁净的人工海水化学组成如表1所示）冲刷均匀腐蚀速率≤0.035mm/a。本专利技术提供的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金可广泛应用于船舶主、辅机的冷却水管路、海上采油平台的消防水管路、滨海电厂的热交换器以及海水淡化多级闪蒸装置的盐水加热器等海水冷却系统，为海洋工程及船用高强高耐蚀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，包括以下质量百分含量的元素：Ni元素8~16wt%，Fe元素和Cr元素之和1~2wt%，Fe元素和Cr元素的质量比≥3:1，Mn元素1~2wt%，Al元素1~3wt%，Ce元素0.01~0.03wt%，以及余量的Cu元素；
2.根据权利要求1所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，其特征在于，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的晶粒的平均粒径为50~100μm；所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金中低ΣCSL晶界的百分比≥30%；所述第二相的平均粒径为10~50nm。
3.权利要求1或2所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备原料包括：铜单质、镍单质、锰单质、铝单质、铜铁中间合金、铜铬中间合金和铜铈中间合金；所述铜铁中间合金中铁元素的质量百分含量为10~20wt%；所述铜铬中间合金中铬元素的质量百分含量为10~20wt%；所述铜铈中间合金中铈元素的质量百分含量为10~20wt%。
<...【技术特征摘要】
1.一种纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，包括以下质量百分含量的元素：ni元素8~16wt%，fe元素和cr元素之和1~2wt%，fe元素和cr元素的质量比≥3:1，mn元素1~2wt%，al元素1~3wt%，ce元素0.01~0.03wt%，以及余量的cu元素；
2.根据权利要求1所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金，其特征在于，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的晶粒的平均粒径为50~100μm；所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金中低σcsl晶界的百分比≥30%；所述第二相的平均粒径为10~50nm。
3.权利要求1或2所述的纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纳米析出强化型高强高耐蚀铜合金的制备原料包括：铜单质、镍单质、锰单质、铝单质、铜铁中间合金、铜铬中间合金和铜铈中间合金；所述铜铁中间合金中铁元素的质量百分含量为10~20wt%；所述铜铬中间合金中铬元素的质量百分含量为10~20wt%；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文婧，解浩峰，米绪军，彭丽军，李增德，黄树晖，杨振，曹祎程，冯雪，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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