【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，涉及一种高强耐磨铜合金，具体涉及一种微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜及其制备方法。
技术介绍
1、镍硅黄铜是指在cu-zn合金的基础上添加少量ni、al、mn、si、fe等合金元素所构成的多元素合金体系，其具有cu-zn固溶体基体和硬质相颗粒组成的复合结构，呈现出优良的力学性能、导热性以及耐磨性，在变速器同步齿环、轴瓦、轴套、刹车片等高强耐磨部件领域有着广泛而迫切的应用需求。其中，基体作为镍硅黄铜的主要组成部分，其在服役过程中起到分散载荷、保护硬质相颗粒的作用，并以剪切力的形式向硬质相传递载荷，因此基体的强塑性直接影响着镍硅黄铜的机械性能。
2、然而目前制备的镍硅黄铜其基体为单一的cu-zn固溶体，其虽具有较好的塑性，但强韧性不足，其原因在于cu-zn固溶体中大量的合金元素仅通过固溶强化的方式改善合金强度，这对于产品服役要求是不够的。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决该问题，本专利技术公开了一种微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜及其制备方法，在原位自生法制备微米级nial(si)颗粒强化镍硅黄铜的基础上，通过等温热处理与淬火工艺相结合的方法在cu-zn固溶体基体中形成均匀分布的纳米级nial(si)颗粒，显著提升基体的强韧性。本专利技术最终形成微米级nial(si)初生相颗粒与纳米级nial(si)析出相颗粒协同强化的微观组织结构，实现镍硅黄铜强韧性和耐磨性的显著提升。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技
4、1)微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的预制合金成分：含量为53.5～58.5wt.％的cu，含量为3.5～3.8wt.％的al，含量为5.0～8.5wt.％的ni，含量为1.5～2.5wt.％的si，含量为0.2～0.4wt.％的mn，含量为0.4～0.6wt.％的fe，余量为zn；
5、2)将去除表面氧化皮的纯cu、纯al、纯zn、纯ni、纯fe、cu-mn中间合金和cu-si中间合金按照步骤1)中的质量百分比进行配料，并将其放置在温度为60～80℃的烘干箱中烘干；
6、3)在氩气保护下，将步骤2)中的纯cu在中频感应炉中加热至熔化，在熔体温度1200～1300℃时，依次加入纯ni、纯fe、cu-mn中间合金、cu-si中间合金和纯al；
7、4)继续加热至步骤3)中添加的物料完全熔化后，将熔体温度保温在1200～1300℃，施加40～50s电磁搅拌，确保合金元素均匀扩散在合金熔体中；
8、5)通过调节加热功率将合金熔体温度控制在1080～1130℃，将步骤2)中的纯zn块使用cu箔包裹后分多次压入到合金熔体中，避免zn块直接接触高温熔体引起烧损，并且期间要严格控制熔体温度，避免温度过高使熔体发生严重喷火，造成zn大量烧损；
9、6)待纯zn块完全加入到合金熔体后，施加40～50s电磁搅拌，并将合金熔体温度两次升高至1140～1150℃，进行喷火除气；
10、7)待熔体喷火后静置10～20s，将合金熔体浇铸到预热至200～250℃的圆柱形石墨模具中冷却；
11、8)将步骤7)得到的合金铸锭放置在温度为830～870℃的马弗炉中等温热处理0.5～1h，等温热处理结束后将铸锭放置于水中进行快速冷却，得到目标镍硅黄铜。
12、需要说明的是，本专利技术创新性的提出了一种通过在镍硅黄铜中形成微纳双尺度硬质相颗粒提高镍硅黄铜机械性能的方法。首先采用原位自生法制备微米级nial(si)初生相强化的镍硅黄铜，然后通过等温热处理与淬火工艺相结合的方法在cu-zn固溶体基体中形成尺寸约为几十纳米的球形nial(si)析出相颗粒，显著提升基体的强韧性，结合nial(si)初生相颗粒协同提高镍硅黄铜的强度、硬度和耐磨性。本专利技术制备的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜具有较高的抗拉强度(580～670mpa)和延伸率(4.0～5.3％)，这对新型高强耐磨镍硅黄铜的设计与开发具有重大意义。
13、本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述方法制备的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、(1)本专利技术制备的镍硅黄铜具有微米级nial(si)初生相颗粒与纳米级nial(si)析出相颗粒协同强化的微观组织结构，其中微米级初生相为合金提供较高的硬度和耐磨性，而纳米级析出相则进一步提高基体的强韧性，实现对合金的协同强化。经过力学性能检测发现制备的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜具有较高的抗拉强度和延伸率。
16、(2)本专利技术通过等温热处理结合淬火工艺开创性的在镍硅黄铜中设计并获得了双尺度硬质相颗粒的协同强化组织结构，实现了镍硅黄铜强韧性的有效提升，这对新型高强耐磨镍硅黄铜的开发和制备具有重大的推进作用。
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1.一种微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，首先通过原位自生法在镍硅黄铜合成微米级NiAl(Si)初生相颗粒，再通过等温热处理与淬火工艺相结合的方法在Cu-Zn固溶体基体中形成均匀分布的纳米级NiAl(Si)析出相颗粒，以制备一种高强度高延伸率的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜；所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在熔体温度1200～1300℃时，依次加入纯Ni、纯Fe、Cu-Mn中间合金、Cu-Si中间合金和纯Al；待物料完全熔化后，于1200～1300℃保温，施加电磁搅拌的时间为40～50s，确保合金元素均匀扩散在合金熔体中。
3.根据权利要求1所述的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，纯Zn块使用Cu箔包裹后压入合金熔体中的熔体温度为1080～1130℃。
4.根据权利要求1所述的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，喷火除气操作：将合金熔体温度两次升高至1140～1150℃，进行喷火除气。<...
【技术特征摘要】
1.一种微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，首先通过原位自生法在镍硅黄铜合成微米级nial(si)初生相颗粒，再通过等温热处理与淬火工艺相结合的方法在cu-zn固溶体基体中形成均匀分布的纳米级nial(si)析出相颗粒，以制备一种高强度高延伸率的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜；所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在熔体温度1200～1300℃时，依次加入纯ni、纯fe、cu-mn中间合金、cu-si中间合金和纯al；待物料完全熔化后，于1200～1300℃保温，施加电磁搅拌的时间为40～50s，确保合金元素均匀扩散在合金熔体中。
3.根据权利要求1所述的微纳双尺度颗粒强化镍硅黄铜的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王贤龙，刘昆，刘伟佳，黄宇涛，董洪波，丁树立，崔兆虎，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：
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