阅读说明：本技术 一种基于稀土改性的高性能磷铜合金 (High-performance phosphorus-copper alloy based on rare earth modification ) 是由 张海飞 于 2021-06-01 设计创作，主要内容包括：一种基于稀土改性的高性能磷铜合金,所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡5-8％、铅1-2％、磷0.3-0.7％、镍0.2-0.4％、锌0.2-0.6％、镧0.01-0.03％、铈0.02-0.05％、铼0.02-0.05％、其他杂质≦0.5％,余量为铜；本发明将传统的锡磷铜合金中的含磷量增加到最高0.7％,大大增强了合金的弹性和耐磨性,同时添加稀土元素镧、铈和铼,协同作用有助于细化晶粒,提高合金的强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性,同时还可以对铜、镍和锡具有合金化作用,降低合金活度,增加合金相互溶解度,明显提高合金的抗氧化能力,对合金表面具备改性作用,提高表面质量,延长使用寿命；添加铼元素,有助于提高合金的高温强度,以提高稀土纳米磷铜合金的刚性强度及无甚损其延展性,成分稳定均匀,组织致密,表面纯净。(A high-performance phosphorus-copper alloy based on rare earth modification comprises the following components in percentage by mass: 5-8% of tin, 1-2% of lead, 0.3-0.7% of phosphorus, 0.2-0.4% of nickel, 0.2-0.6% of zinc, 0.01-0.03% of lanthanum, 0.02-0.05% of cerium, 0.02-0.05% of rhenium, less than or equal to 0.5% of other impurities, and the balance of copper; the phosphorus content in the traditional tin-phosphorus-copper alloy is increased to 0.7 percent at most, so that the elasticity and the wear resistance of the alloy are greatly enhanced, and meanwhile, the rare earth elements of lanthanum, cerium and rhenium are added, so that the synergistic effect is favorable for refining crystal grains, the strength, the toughness, the corrosion resistance and the oxidation resistance of the alloy are improved, and meanwhile, the alloy can also have an alloying effect on copper, nickel and tin, so that the alloy activity is reduced, the mutual solubility of the alloy is increased, the oxidation resistance of the alloy is obviously improved, the alloy surface is modified, the surface quality is improved, and the service life is prolonged; the rhenium element is added, which is beneficial to improving the high-temperature strength of the alloy, so that the rigidity strength of the rare earth nano phosphorus-copper alloy is improved, the ductility of the rare earth nano phosphorus-copper alloy is not greatly damaged, the components are stable and uniform, the structure is compact, and the surface is pure.)

一种基于稀土改性的高性能磷铜合金

技术领域

本发明涉及金属复合材料技术领域，具体涉及一种基于稀土改性的高性能磷铜合金。

背景技术

锡磷青铜是较为常见的一种磷铜合金，是通过Sn-P元素作用和冷加工硬化可获得较好的机械性能，易于加工冲制成各种复杂形状的弹性元件，它不仅具有优良的弹性性能，且具有耐腐蚀、耐磨、无磁性的特点，是目前铜基弹性合金材料中用量最大、用途最广的弹性材料；但由于在连铸过程中，铸坯冷却速度快，而且在凝固过程中容易产生偏析，生成气孔等缺陷，因此，我国的锡磷青铜产品质量相对于发达国家仍有不小地差距，耐磨性以及表面质量较差，亟需对组分以及制备方法进行改进。

发明内容

本发明目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种基于稀土改性的高性能磷铜合金，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡5-8％、铅1-2％、磷0.3-0.7％、镍0.2-0.4％、锌0.2-0.6％、镧0.01-0.03％、铈0.02-0.05％、铼0.02-0.05％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

优选地，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡6-8％、铅1-1.5％、磷0.3-0.6％、镍0.25-0.35％、锌0.2-0.4％、镧0.01-0.02％、铈0.02-0.04％、铼0.02-0.04％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

优选地，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡7％、铅1.5％、磷0.5％、镍0.35％、锌0.4％、镧0.02％、铈0.02％、铼0.04％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

上述基于稀土改性的高性能磷铜合金的制作方法，包括如下步骤：

(a)将中频感应熔炼炉预热，按配比称取锡、铅、磷、镍和锌后投料，加热至1300-1400℃，熔化后降温，再加入按重量称取的镧、铈和铼，加热至1250-1300℃，完全熔化后保温至1220℃；

(b)采用水平连续振动铸造法将铸造成实心合金锭，浇注温度为1150-1200℃；

(c)将步骤(b)得到的合金锭进行高温均匀化退火；

(d)将退火后的合金锭进行冷粗轧，加工率为70-80％；

(e)将冷粗轧后的板材进行中间退火得到磷铜合金板带，退火温度为450-500℃，退火时间为2-3h；

(f)将磷铜合金板带经冷轧机进一步轧制；

(g)将冷轧后的板带进行低温退火，退火温度为150-250℃，退火时间为2.5-3.5h。

优选地，步骤(c)中，高温均匀化退火分为两阶段，第一阶段炉气温度设为310-420℃，料卷温度为300-380℃，保温8-10h，进行除油工序；第二阶段炉气温度升至580-600℃，料卷温度为480-520℃，保温时间为5-7h。

优选地，步骤(d)中，冷粗轧道次压下量为14mm-13mm-11mm-8.6mm-6mm。

优选地，步骤(f)中，冷轧道次压下量为6mm-4mm-2mm-1.2mm。

有益效果：

本发明将传统的锡磷铜合金中的含磷量增加到最高0.7％，大大增强了合金的弹性和耐磨性，同时添加稀土元素镧、铈和铼，协同作用有助于细化晶粒，提高合金的强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性，同时还可以对铜、镍和锡具有合金化作用，降低合金活度，增加合金相互溶解度，明显提高合金的抗氧化能力，对合金表面具备改性作用，提高表面质量，延长使用寿命；添加铼元素，有助于提高合金的高温强度，以提高稀土纳米磷铜合金的刚性强度及无甚损其延展性，成分稳定均匀，组织致密，表面纯净。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种基于稀土改性的高性能磷铜合金，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡7％、铅1.5％、磷0.5％、镍0.35％、锌0.4％、镧0.02％、铈0.02％、铼0.04％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

上述基于稀土改性的高性能磷铜合金的制作方法，包括如下步骤：

(a)将中频感应熔炼炉预热，按配比称取锡、铅、磷、镍和锌后投料，加热至1300-1400℃，熔化后降温，再加入按重量称取的镧、铈和铼，加热至1250-1300℃，完全熔化后保温至1220℃；

(b)采用水平连续振动铸造法将铸造成实心合金锭，浇注温度为1150-1200℃；

(c)将步骤(b)得到的合金锭进行高温均匀化退火；其中，高温均匀化退火分为两阶段，第一阶段炉气温度设为310-420℃，料卷温度为300-380℃，保温10h，进行除油工序；第二阶段炉气温度升至580-600℃，料卷温度为480-520℃，保温时间为6h；

(d)将退火后的合金锭进行冷粗轧，加工率为70％，冷粗轧道次压下量为14mm-13mm-11mm-8.6mm-6mm；

(e)将冷粗轧后的板材进行中间退火得到磷铜合金板带，退火温度为450-500℃，退火时间为2.5h；

(f)将磷铜合金板带经冷轧机进一步轧制，冷轧道次压下量为6mm-4mm-2mm-1.2mm；

(g)将冷轧后的板带进行低温退火，退火温度为150-250℃，退火时间为3.5h。

实施例2

一种基于稀土改性的高性能磷铜合金，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡6.5％、铅1.5％、磷0.6％、镍0.4％、锌0.2％、镧0.02％、铈0.05％、铼0.05％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

上述基于稀土改性的高性能磷铜合金的制作方法，包括如下步骤：

(a)将中频感应熔炼炉预热，按配比称取锡、铅、磷、镍和锌后投料，加热至1300-1400℃，熔化后降温，再加入按重量称取的镧、铈和铼，加热至1250-1300℃，完全熔化后保温至1220℃；

(b)采用水平连续振动铸造法将铸造成实心合金锭，浇注温度为1150-1200℃；

(c)将步骤(b)得到的合金锭进行高温均匀化退火；其中，高温均匀化退火分为两阶段，第一阶段炉气温度设为310-420℃，料卷温度为300-380℃，保温8h，进行除油工序；第二阶段炉气温度升至580-600℃，料卷温度为480-520℃，保温时间为7h；

(d)将退火后的合金锭进行冷粗轧，加工率为80％，冷粗轧道次压下量为14mm-13mm-11mm-8.6mm-6mm；

(e)将冷粗轧后的板材进行中间退火得到磷铜合金板带，退火温度为450-500℃，退火时间为3h；

(f)将磷铜合金板带经冷轧机进一步轧制，冷轧道次压下量为6mm-4mm-2mm-1.2mm；

(g)将冷轧后的板带进行低温退火，退火温度为150-250℃，退火时间为3h。

实施例3

一种基于稀土改性的高性能磷铜合金，所述磷铜合金的组成成分及质量百分比为：锡8％、铅2％、磷0.5％、镍0.3％、锌0.4％、镧0.02％、铈0.03％、铼0.02-0.05％、其他杂质≦0.5％，余量为铜。

上述基于稀土改性的高性能磷铜合金的制作方法，包括如下步骤：

(a)将中频感应熔炼炉预热，按配比称取锡、铅、磷、镍和锌后投料，加热至1300-1400℃，熔化后降温，再加入按重量称取的镧、铈和铼，加热至1250-1300℃，完全熔化后保温至1220℃；

(b)采用水平连续振动铸造法将铸造成实心合金锭，浇注温度为1150-1200℃；

(c)将步骤(b)得到的合金锭进行高温均匀化退火；其中，高温均匀化退火分为两阶段，第一阶段炉气温度设为310-420℃，料卷温度为300-380℃，保温8-10h，进行除油工序；第二阶段炉气温度升至580-600℃，料卷温度为480-520℃，保温时间为5-7h；

(d)将退火后的合金锭进行冷粗轧，加工率为80％，冷粗轧道次压下量为14mm-13mm-11mm-8.6mm-6mm；

(e)将冷粗轧后的板材进行中间退火得到磷铜合金板带，退火温度为450-500℃，退火时间为3h；

(f)将磷铜合金板带经冷轧机进一步轧制，冷轧道次压下量为6mm-4mm-2mm-1.2mm；

(g)将冷轧后的板带进行低温退火，退火温度为150-250℃，退火时间为3.5h。

性能测试

实施例1-3以及对比例的性能测试数据如表1所示；对比例采用传统的磷铜合金带；

表1

项目	硬度/HV	抗拉强度/MPa	E/10<sup>5</sup>MPa
				实施例1	263.5	847.3	1.05
实施例2	258.1	859.2	1.18
				实施例3	263.4	857.6	1.12

由表1数据可知，本发明稀土改性的磷铜合金的硬度和抗拉强度均较高，给高精度高弹性磷青铜板带的批量生产提供了可能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。