專利名稱：高致密、無偏析、耐磨銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高致密、無偏析、耐磨銅合金及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。主要用作軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料，取代有毒的鈹青銅、含鉛銅等。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)、耐磨、無毒銅合金是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域零部件、元器件、接插元件、接觸器等的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電子、電力、汽車、電工、機(jī)械、軍工等行業(yè)。傳統(tǒng)材料主要有CuBe系、CuSn系、CuAl系、CuPb系等，由于Be、Pb的毒性很大，對人體和自然環(huán)境具有很大的破壞和污染作用，在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)立法嚴(yán)格禁止生產(chǎn)含Be、含Pb產(chǎn)品。
國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)傳統(tǒng)的制備方法有熔鑄法、粉末冶金法、離心鑄造法等。但是這些方法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)品性能有缺陷等。圍繞代替鈹青銅和改進(jìn)銅錫高強(qiáng)、耐磨銅合金性能及降低制造成本的目標(biāo)，國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)進(jìn)行了大量的研究工作。如美國SCM、OMG公司，日本松下電器、古河電器公司等，德國SIEMENS公司，韓國LKENG公司等，以及國內(nèi)的洛陽銅加工廠、上海銅加工廠、沈陽銅業(yè)有限公司、中南大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、昆明貴金屬研究所等單位，都曾在這方面做過許多的研究工作。但是到目前為止，青銅合金存在的問題還未得到較好的解決。
昆明貴金屬研究所快速凝固(冷卻速率104～105K/s)噴射成形技術(shù)可用于制備成份均勻、無偏析、晶粒細(xì)小、合金元素過飽和度高的近成形管材、板材或圓柱坯等，是在高強(qiáng)耐磨銅合金領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)工藝技術(shù)制備易偏析銅合金的技術(shù)難題，同時(shí)為高致密、無偏析銅合金的生產(chǎn)，打下了良好基礎(chǔ)。本發(fā)明的目的是在銅錫合金的基礎(chǔ)上，通過添加鎳、鋅、混合稀土等金屬元素，在合金中起到合金元素強(qiáng)化的作用。再結(jié)合噴射沉積近成形技術(shù)，為制備高致密、無偏析銅錫合金提供了新途逕。
本發(fā)明的高致密、無偏析、耐磨銅合金為銅錫鎳鋅稀土(CuSnNiZnRE)合金，其具體成份(重量％)為Sn5～15、Ni0.5～5.0、Zn0.5～5.0、RE(La、Ce、Sm、Y)0.1～1.0，余量為Cu。本發(fā)明的高致密、無偏析、耐磨銅銅合金材料的制備方法，其具體過程為(1)選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)為原材料，按合金成份設(shè)計(jì)比例配制好，在噴射沉積近成形設(shè)備中制備CuSnNiZnRE合金錠坯；(2)將(1)步所得到的CuSnNiZnRE合金，再按照具體產(chǎn)品使用要求加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。
該合金成份均勻、無偏析、晶粒細(xì)小、合金元素過飽和度高。銅合金材料進(jìn)一步深加工后，可用于制作軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料，可代替有毒的CuBe系、CuPb系銅合金。該合金可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子、電力、電工、汽車、機(jī)械等行業(yè)。
本項(xiàng)發(fā)明的銅合金具有高致密、無偏析、耐磨、耐蝕等特點(diǎn)，噴射成形產(chǎn)品，綜合性能指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品，價(jià)格低于進(jìn)口同類產(chǎn)品，因而，在材料性能、制備技術(shù)和價(jià)格等方面均具有明顯優(yōu)勢。與傳統(tǒng)熔鑄法和粉末冶金法相比，噴射成形技術(shù)制備的材料和產(chǎn)品的性能特點(diǎn)比較如表1所示。
表1.熔鑄法、粉末冶金法和噴射成形技術(shù)制備材料的性能特點(diǎn)比較

噴射成形銅合金與傳統(tǒng)工藝制備的銅合金實(shí)施列綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表2所示。
表2.不同工藝制備的銅合金技術(shù)性能比較

具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)為原材料，按合金成份CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2設(shè)計(jì)比例配制好，在噴射沉積近成形設(shè)備中制備CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2合金錠坯。將所得到的CuSn5Ni0.5Zn0.5RE0.2合金，再按照具體產(chǎn)品使用要求加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。
實(shí)施例2選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)為原材料，按合金成份CuSn7Ni2Zn1RE1設(shè)計(jì)比例配制好，在噴射沉積近成形設(shè)備中制備CuSn7Ni2Zn1RE1合金錠坯。將所得到的CuSn7Ni2Zn1RE1合金，再按照具體產(chǎn)品使用要求加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。
實(shí)施例3選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)為原材料，按合金成份設(shè)計(jì)比例配制好，在噴射沉積近成形設(shè)備中制備CuSn10Ni3Zn2RE1.5合金錠坯。將所得到的CuSn10Ni3Zn2RE1.5合金，再按照具體產(chǎn)品使用要求加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。
權(quán)利要求
1.一種高致密、無偏析、耐磨銅合金，其特征在于這種合金含有重量比為為5％～15％的Sn，0.5％～5.0％的Ni，0.5％～5.0％Zn，0.1％～1.0％的混合稀土，其余為Cu。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高致密、無偏析、耐磨銅合金，其特征在于所述的混合稀土為La、Ce、Sm、Y元素的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高致密、無偏析、耐磨銅合金的制備方法，其具體過程為(1)選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、RE金屬為原材料，按照合金設(shè)計(jì)比例配制好，在真空噴射成形設(shè)備中進(jìn)行快速凝固沉積，制備CuSnNiZnRE合金錠坯。(2)將(1)步所得到的合金錠坯，再進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高致密、無偏析、耐磨銅合金可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子、電力、電工、汽車、機(jī)械等行業(yè)，可代替有毒的CuBe系、CuPb系銅合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高致密、無偏析、耐磨銅合金及其制備方法，其具體成分(重量％)為Sn5～15、Ni0.5～5.0、Zn0.5～5.0、RE(La、Ce、Sm、Y)0.1～1.0，余量為Cu。制備具體過程為(1)選擇純度為99.99％以上的Cu、Sn、Ni、Zn、混合稀土(La、Ce、Sm、Y)為原材料，按合金成分設(shè)計(jì)比例配制好，制備CuSnNiZnRE合金錠坯；將所得到的CuSnNiZnRE合金，再按照具體產(chǎn)品使用要求加工為軸套、齒輪、軸瓦、導(dǎo)電板、引線、接觸片、彈簧、彈片等材料。該合金可代替有毒的CuBe系、CuPb系銅合金，可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子、電力、電工、汽車、機(jī)械等行業(yè)。
文檔編號C22C1/02GK1624177SQ20041007961
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者謝明, 楊有才, 張健康, 黎玉盛, 符世繼, 陳力, 尹長青, 劉莉 申請人:昆明貴金屬研究所