一種石油工程設備用高強度銅合金材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種石油工程設備用高強度銅合金材料及其制備方法，該銅合金材料由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1?4％，稀土：0.5?1.5％，銅合金ZCuAl

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

【技術實現步驟摘要】
一種石油工程設備用高強度銅合金材料及其制備方法
本專利技術涉及合金材料領域，特別涉及一種石油工程設備用高強度銅合金材料及其制備方法。
技術介紹
納米碳化硅是一種通過一定的技術條件，在普通碳化硅材料的基礎上制備而出的一種納米材料。納米碳化硅具有純度高，粒徑小，分布均勻，比表面積大，高表面活性，松裝密度低，極好的力學，熱學，電學和化學性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自潤滑，高熱傳導率，低熱膨脹系數及高溫強度大等特點。國標銅合金材料ZCuAl10Fe3Mn2或美標合金材料C95400是一種鋁青銅材料，由于有較高的強度和減摩性，良好的耐蝕性，在熱態下壓力加工性良好，可電焊和氣焊，主要用于如軸襯，軸套，法蘭盤，齒輪及其他重要耐蝕零件，耐磨零件。但是在特殊應用方面，其性能難以滿足比如航空航天高強度耐壓產品﹑石油工程特別的耐磨件產品以及海洋工程設備耐腐蝕產品配件的需求。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種石油工程設備用高強度銅合金材料及其制備方法。為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術提供了一種石油工程設備用高強度銅合金材料，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的鑭：0.1-0.3％，稀土中的鈰：0.075-0.225％。進一步地，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1％，稀土：0.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的鑭：0.1％，稀土中的鈰：0.075％。進一步地，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：2％，稀土：1％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的鑭：0.2％，稀土中的鈰：0.15％。進一步地，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：3％，稀土：1.2％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：95％，其中，稀土中的鑭：0.24％，稀土中的鈰：0.18％。進一步地，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：4％，稀土：1.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：96％，其中，稀土中的鑭：0.3％，稀土中的鈰：0.225％。進一步地，所述鍍鎳碳化硅的粒徑為30μm-100μm。本專利技術還提供了一種制備上述石油工程設備用高強度銅合金材料的方法，包括以下步驟：步驟一，按照國標GB/T1176-2013的標準以及銅合金ZCuAl10Fe3Mn2的化學成分要求，將電解銅、鋁、鐵和錳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅水體積在熔爐體積的80％以下；步驟二，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金水進行成分檢測，以確定其化學成分在國標要求范圍之內；步驟三，將鍍鎳碳化硅粉體放入檢驗合格的ZCuAl10Fe3Mn2銅合金液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌，使其均勻混合，進一步升高溫度至1200-1300℃度并保持15-20分鐘；步驟四，按照比例添加稀土粉末，并，之后將熔煉爐降溫至1100-1110℃；步驟五，保溫與鑄造，將熔煉完成的合金材料保溫25-35分鐘，采用連續鑄造的方式將此合金鑄造成合金棒材，鑄造溫度為1050-1080℃；步驟六，將鑄造完成的合金棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。進一步地，在步驟一中，熔煉溫度為1100-1200℃，熔煉時間為4-5小時。進一步地，在步驟三中，攪拌速度為300轉/分鐘。進一步地，在步驟四中，攪拌10-15分鐘，攪拌速度為200轉/分鐘。與現有技術相比，本專利技術的有益技術效果為：本專利技術將鍍鎳碳化硅材料通過一定的技術手段均勻分布在現有的合金材料中，利用鍍鎳碳化硅可潤濕、高硬度，高耐磨性和良好的自潤滑及高溫強度大的性能，實現合金材料的性能的進一步提升；添加稀土元素使合金材料晶粒組織進一步細化，便于成型。本專利技術所得到的合金新材料具有更高的強度﹑硬度﹑耐磨性以及耐腐蝕性，從而延長航空航天高強度耐壓產品﹑石油工程特別的耐磨件產品以及海洋工程設備耐腐蝕產品配件的使用壽命。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本專利技術實施例進一步詳細說明。本專利技術提供的石油工程設備用高強度銅合金材料由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的鑭：0.1-0.3％，稀土中的鈰：0.075-0.225％。其中，稀土中含有20％的鑭La、15％的鈰Ce，鍍鎳碳化硅的粒徑為50μm-150μm，優選地，鍍鎳碳化硅的粒徑為30μm-100μm。實施例1一種石油工程設備用高強度銅合金材料，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1％，稀土：0.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的鑭：0.1％，稀土中的鈰：0.075％。制備上述銅合金材料的方法包括以下步驟：步驟一，按照國標GB/T1176-2013的標準以及銅合金ZCuAl10Fe3Mn2的化學成分要求，將電解銅、鋁、鐵和錳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅水體積在熔爐體積的80％以下，熔煉溫度為1100-1200℃，熔煉時間為4-5小時；步驟二，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金水進行成分檢測，以確定其化學成分在國標要求范圍之內；步驟三，將鍍鎳碳化硅粉體放入檢驗合格的ZCuAl10Fe3Mn2銅合金液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌，使其均勻混合，攪拌速度為300轉/分鐘，進一步升高溫度至1200-1300℃度并保持15-20分鐘；步驟四，按照比例添加稀土粉末，并攪拌10-15分鐘，攪拌速度為200轉/分鐘，之后將熔煉爐降溫至1100-1110℃；步驟五，保溫與鑄造，將熔煉完成的合金材料保溫25-35分鐘，采用連續鑄造的方式將此合金鑄造成合金棒材，鑄造溫度為1050-1080℃；步驟六，將鑄造完成的合金棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。本專利技術所得到的合金新材料具有更高的強度﹑硬度﹑耐磨性以及耐腐蝕性，從而延長航空航天高強度耐壓產品﹑石油工程特別的耐磨件產品以及海洋工程設備耐腐蝕產品配件的使用壽命。實施例2一種石油工程設備用高強度銅合金材料，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：2％，稀土：1％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的鑭：0.2％，稀土中的鈰：0.15％。制備上述銅合金材料的方法包括以下步驟：步驟一，按照國標GB/T1176-2013的標準以及銅合金ZCuAl10Fe3Mn2的化學成分要求，將電解銅、鋁、鐵和錳按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅水體積在熔爐體積的80％以下，熔煉溫度為1100-1200℃，熔煉時間為4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種石油工程設備用高強度銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，銅合金ZCuAl

【技術特征摘要】
1.一種石油工程設備用高強度銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1-4％，稀土：0.5-1.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93-96％，其中，稀土中的鑭：0.1-0.3％，稀土中的鈰：0.075-0.225％。


2.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：1％，稀土：0.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：93％，其中，稀土中的鑭：0.1％，稀土中的鈰：0.075％。


3.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：2％，稀土：1％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：94％，其中，稀土中的鑭：0.2％，稀土中的鈰：0.15％。


4.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：3％，稀土：1.2％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：95％，其中，稀土中的鑭：0.24％，稀土中的鈰：0.18％。


5.根據權利要求1所述的銅合金材料，其特征在于，由如下體積百分比的組分組成：鍍鎳碳化硅：4％，稀土：1.5％，銅合金ZCuAl10Fe3Mn2：96％，其中，稀土中的鑭：0.3％，稀土中的鈰：0.225％。


6.根據權利要求1-5任一項所述的銅合金材料，其特征在于，所述鍍鎳碳化硅的粒徑為30μm-100μm。

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫飛，趙勇，陳靜，
申請(專利權)人：蘇州天兼新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32