发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金，该合金的重量百分比组成为：35～45wt％的Ni，5～15wt％的Zn，3.01～5wt％的Mn，0.0001～0.1wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。

本发明中Ni作为主要合金元素，能与Cu无限固溶，固溶于铜基体中时可以提高合金的强度、硬度以及耐腐蚀性能，同时Ni可以与包括Mn在内的元素通过熔炼及变形加工工艺形成Ni-Mn等化合物。化合物的形成有利于进一步提升合金的强度和耐腐蚀性能。若Ni含量过高，合金强度和硬度高，加工难度大且成本提升；而Ni含量过低，合金强度和耐腐蚀性能下降，无法满足产品需求。因此，35～45wt％的Ni为佳。

Zn元素能大量固溶于铜镍合金的固溶体中，形成一个广泛的单相α固溶体区，起固溶强化作用，提高合金的强度和硬度。Zn的加入可以大幅度提升白铜的抗大气腐蚀能力。此外，Zn的添加可以改善白铜合金的弹性性能。但Zn含量过高，会导致合金出现β相，降低合金塑性变形能力，使合金加工性下降，无法满足加工需求；而Zn含量过低，合金弹性和耐腐蚀性能下降，无法满足产品需求。因此，5～15wt％的Zn为佳。

本发明中Mn能固溶于Cu及Cu-Ni合金中，某些条件下，Mn可与Ni形成化合物，提升材料的强度和耐腐蚀性能，同时，由于Mn与Cu-Ni-Zn体系的协同作用，材料的弹性和抗冲击腐蚀的能力也得以提升。若Mn含量过高，会导致合金出现过量第二相，降低合金塑性变形能力，使合金加工性下降，无法满足加工需求，同时，一定程度上会降低合金抗应力腐蚀能力；而Mn含量过低，无法起到提升合金强度、弹性、耐腐蚀性能的作用，无法满足产品需求。因此，3.01～5wt％的Mn为佳。

本发明中的微量P在合金中可起到除气脱氧、脱碳、并与Ni-Mn形成Ni-Mn-P化合物的作用。Ni-Mn-P化合物的存在，可进一步改变与基体的共格关系，产生大的晶格畸变，进而产生大的弹性交互作用，因而可大幅度提升材料的弹性模量。若P含量过高，易在基体晶界处产生晶间腐蚀，对材料韧性有不良影响；而P含量过低，无法起到除气脱氧、脱碳、并与Ni-Mn形成Ni-Mn-P化合物的作用。因此，0.0001～0.1wt％的P为佳。

作为优选，该合金的重量百分比组成中，Ni、Zn、Mn的重量百分比含量满足：13≤0.2Ni-0.01Zn+2Mn≤19。本发明合金中Ni、Zn、Mn元素的含量都会一定程度上影响合金的耐中性盐雾腐蚀能力。由于Ni的含量较高，合金为单相组织，仅存在α相，耐腐蚀性能相对优异，此时调整Ni含量对耐腐蚀性能的作用并不明显；在合金为单相组织的情况下，Zn含量的变化对相比例影响较小，因此对合金耐腐蚀性能的负面影响也相对最小；而Mn在此范围内能够促进发生腐蚀时Ni对阳离子空位的填充，从而减少腐蚀产物中阳离子的空位数量，使Cl^-在腐蚀产物中扩散受到的阻力增大，与Ni元素共同作用提升合金的耐腐蚀性能。Ni、Zn、Mn的重量百分比含量优选15≤0.2Ni-0.01Zn+2Mn≤18。

作为优选，该合金的重量百分比组成为：38～43wt％的Ni，8～12wt％的Zn，3.2～4.5wt％的Mn，0.0003～0.06wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质。

作为优选，该合金的重量百分比组成还包括含量为0.001～1.0wt％的X元素，X元素选自Mg、Al、Co、Si、Fe中的至少一种。上述X元素的添加有助于细化晶粒、脱氧除碳，提高合金纯净度。此外，X元素还能够通过特殊的形变热处理工艺形成析出强化相，促进合金元素析出，提升合金强化效果，使铜合金具有更高的强度、弹性和耐腐蚀性能。当X元素的含量大于等于0.001％时便会出现上述效果，但如果添加的含量超过1.0wt％，会降低X元素的溶解度极限，析出粗的析出相粒子，严重降低材料塑性，不利于合金加工应用。因此，X元素的含量控制在0.001～1.0wt％。

作为优选，该合金的微观组织中含有Ni-Mn-P三元化合物。进一步地，该Ni-Mn-P三元化合物通过多级退火形成。Ni-Mn-P三元化合物均匀、弥散分布于晶内，该三元化合物能够显著提升合金的弹性性能。Ni-Mn-P三元化合物的存在，进一步改变了其与Cu基体的共格关系，使基体产生较大的晶格畸变，进而产生较大的弹性交互作用，因而可大幅度提升材料的弹性模量至152GPa以上。

本发明所要解决的第二个技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金的制备方法。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金的制备方法，制备工艺流程为：配料→水平连铸→冷加工→再结晶退火→冷加工→软化退火→冷加工→软化退火→冷加工→成品，其中软化退火温度为500～750℃，保温时间为1～5h，软化退火后随炉冷却或空冷。

(1)水平连铸：本发明合金采用水平连铸方式生产铸坯，按照发明合金成分计算配料量，然后在中频感应电炉中熔化原材料，从保温炉中拉制铸坯。熔炼温度1200～1450℃，铸造温度1300～1450℃，铸造速度15～35m/h，采用结晶器进行拉铸。

(2)冷加工：合理的冷加工会破碎合金铸造组织，形成适量的位错和变形组织，为后期的再结晶退火提供组织保证，有利于后期形成理想的微观组织结构，进而达到提高材料性能的作用。大的总加工率有助于合金达成最终性能。若道次加工率过大，材料变形抗力会急剧增大，影响材料加工，甚至断裂；若道次加工率过低，会造成合金不均匀变形，导致材料损坏。本发明合金优选的道次加工率≥15％，两次软化退火间总加工率≥50％。本发明合金最重要的冷加工是铸坯开坯后的第一阶段的冷加工(即水平连铸之后的冷加工)。此阶段的冷加工起到破碎铸造组织，为后面的再结晶退火提供组织保证的作用，同时为消除残余应力的影响提供保证。为达到效果，可以采用拉伸、轧制等多种冷变形方法，通过不低于50％的冷加工率，可确保合金铸造组织完全破碎，同时加工过程产生大量的位错等晶体缺陷，这为后续的再结晶提供了良好的条件。在接下来的再结晶时，已存在的破碎过的组织为再结晶形核提供条件，从而再结晶后形成了均匀细小的晶粒。因此，铸坯开坯后的第一阶段的冷加工是实现合金组织和性能的重要工艺之一。

(3)退火：本发明合金再结晶和软化退火温度为：500～750℃，保温时间1～5h。再结晶退火是为了消除合金组织中的铸造组织和冷变形组织，形成晶粒均匀的等轴晶晶粒，有助于消除材料铸造应力，为后续变形加工和性能实现奠定组织基础。软化退火是为了消除合金冷变形组织，消除冷变形过程中形成的位错等晶体缺陷，提升材料塑性，便于继续进行冷变形加工。同时，多次进行的软化退火组合，有助于形成更为均匀、晶粒度可调控的晶粒组织结构，为形成NiMn化合物相提供动力，为实现最终的性能奠定基础。温度低于500℃，合金只有消除应力作用，无法完成再结晶和位错消除，进而影响材料塑性恢复。而温度高于750℃，合金由于再结晶后的晶粒长大，晶粒变得粗大，局部生成特别粗大晶粒，降低合金强度和韧性。

针对不同应用，本发明高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金可被加工成棒材、线材或板带材等形式，以满足不同下游产品的加工需求。

本发明所要解决的第三个技术问题是，针对现有技术的不足，提供本发明高强高弹耐腐蚀高镍锰白铜合金在眼镜配件、电磁屏蔽部件及散热部件中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过在锌白铜基体中添加Mn和P等元素，由于Ni、Mn和P的作用，导致其与Cu基体形成强烈的弹性交互作用，因而获得了强度更高、耐腐蚀性能更好且弹性性能优异的高性能的镍锰白铜合金。

(2)本发明通过Ni、Mn和P形成Ni-Mn-P三元化合物，通过此化合物与Cu基体的弹性交互作用，实现对合金的强化作用，最终实现产品优异的抗拉强度、弹性模量、耐腐蚀性能等综合性能。

(3)本发明合金可以实现弹性模量152GPa以上，同时具有优异的耐腐蚀性能，可应用于眼镜配件、电磁屏蔽部件及散热部件。