[发明专利]一种高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基合金复合材料及其制备方法，特别是涉及一种用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料。

背景技术

国标GB/T1176-2013的标准制得铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄是一种多组分铸造青铜材料，它具有易加工、铸造性能好、耐腐蚀等特性；主要应用于制造在海水、淡水和蒸汽中工作的管配件。但是，由于其材料自身的强度不够，使得其在核驱动蒸汽系统中的应用受到较大限制。只有在保证其原有特性的前提下进一步提升该铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄材料的强度才能拓展该材料在核蒸汽驱动系统中应用的要求。

纳米碳化钛具有熔点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好等一系列优点。高纯度的纳米碳化钛粉末是一种由TiO₂与炭黑在通氢气的碳管炉或调频真空炉内于1600℃-1800℃高温下反应制得的一种原材料。由于纳米碳化钛硬度大，具有良好的力学性能，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。

综上，将纳米碳化钛和铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄二者优势结合在一起的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料能够在保证铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄原有耐蚀性和铸造性能好的同时提高其强度与硬度，从而延长高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料在核驱动蒸汽系统中的应用。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进纳米碳化钛和铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄之间体积配比以及制备条件，提供一种有效提高铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄强度、硬度和和使用年限的用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化钛5.5-9％，铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄91-94.5％。

优选地，本发明的用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化钛5.5％，铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄94.5％。

优选地，本发明的用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化钛7％，铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄93％。

优选地，本发明的用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料，其特征在于，由如下体积百分比的组分组成：纳米碳化钛9％，铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄91％。

进一步地，所述纳米碳化钛粒径为300μm-500μm。

进一步地，所述铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄由如下质量百分比的组分组成：锡锭2-4％，铅锭3.0-6.0％，锌9.0-13.0％，杂质少于1.0，其余为铜。

本发明提供一种用于核能蒸汽管道的高强度碳化钛颗粒增强铜基合金材料的制备方法，具有以下步骤：

1)制备铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄：将电解铜、锡锭、铅锭、锌按照上述的重量比例放入电炉中熔炼，熔炼中铜合金液体体积小于电炉体积的99％；熔炼温度为1050-1100℃，时间为4-5h；

2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金ZCuSn₃Zn₁₁Pb₄液体进行成分检测，以确定其化学组成在上述的的范围之内；