一种高强度压铸铜合金
阅读说明：本技术 一种高强度压铸铜合金 (High-strength die-casting copper alloy ) 是由 张法亮 宋佳 高志杰 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度压铸铜合金,以质量百分比计,包括以下组分：Mn10％～32％；Al3％～12％；M3％～20％,稀土元素0.2％～1％；其中,M为Ni,Co,Fe,Zn中的一种两种组合。本发明提供的高强度压铸铜合金具有高机械性能、可压力铸造等优点。本发明所提供的合金可以应用于装饰装潢、食品器具、服装配饰、工艺制品、电子产品、医疗器械、汽车配件等领域。(The invention discloses a high-strength die-casting copper alloy which comprises the following components in percentage by mass: mn 10% -32%; al 3% -12%; m3% -20%, rare earth element 0.2% -1%; wherein, M is one or two combinations of Ni, Co, Fe and Zn. The high-strength die-casting copper alloy provided by the invention has the advantages of high mechanical property, capability of pressure casting and the like. The alloy provided by the invention can be applied to the fields of decoration, food appliances, clothing accessories, handicraft articles, electronic products, medical appliances, automobile accessories and the like.)
技术领域
：本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种高强度压铸铜合金。
背景技术
：随着我国制造业技术的不断提升，在装饰装潢、食品器具、服装配饰、工艺制品、电子产品、医疗器械、汽车配件等各领域内对金属制品的综合性能提出了更高的要求，如较高的强度、合理的塑形与韧性、较好的表面耐腐蚀性、耐磨性、抗生物存活性等。铜合金种类繁多，具有导电、导热、耐磨等物理特性，在国民经济的众多领域被广泛运用。然而，由于铜的成本相对较高，已有的压力铸造铜合金的综合力学性能与物理性能不够理想，仍有较大的开发空间。
另外，随着我国医疗卫生事业的发展，防菌、抗菌等卫生管理领域已经成为社会普遍关注的热点问题，抗菌产品越来越受到人们的重视。开发和利用具有抗菌性能的金属结构材料不仅可以带来巨大的经济效益，还可以产生良好的社会效应。由于铜具有天然的抗菌性、对人和环境无伤害、可以回收利用，使其成为抗菌结构材料的优先选择。目前，国内已经有企业将铜应用于空调换热元件、饮水机内胆、医疗器械、学生课桌、餐具、铜纤维纺织品等产品中，取得了良好的抗菌效果。然而，目前市场上这些铜质抗菌产品绝大多数是采用紫铜作为原材料，虽然具有良好的抗菌性能，但其成本相对较高，综合机械性能较差。
公开号为CN102212713A的中国专利公开了一种新型抗菌铜合金，该铜合金的组份及重量百分比含量为：B 0.001～0.02％，La 0.001～0.1％，Ti 0.05～0.5％，Ni 0.05～0.2％，Zn 35～45％，余量为Cu及不可避免的杂质。该铜合金具有较好的抗菌性，成本相对于紫铜有所降低，然而其强度较低，耐腐蚀性较差，难以满足结构零部件对材料综合力学性能及物理性能的需求。公开号为CN 102149834A的中国专利公开了一种具有降低镍含量的着白色铜合金，具有类不锈钢特性，并具有良好的导电特性，但并未对材料的机械性能及铸造性能进行研究和开发。
因此开发具有机械强度高，可压力铸造近终成型特性的铜合金具有良好的市场前景。
发明内容
：本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高强度压铸铜合金，该铜合金机械性能好，可压力铸造，具有一定的抗菌特性；制得的铜合金可用于装饰装潢、食品器具、服装配饰、工艺制品、电子产品、医疗器械、汽车配件等领域。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高强度压铸铜合金，以质量百分比计，包括以下组分：
其中，M为Ni，Co，Fe，Zn中的一种两种组合。
作为上述技术方案的优选，所述Al的质量百分比含量为6％～10％。
作为上述技术方案的优选，所述M的质量百分比含量为5％～15％。
作为上述技术方案的优选，所述稀土元素为La，Ce，Pr，Nd，Y中的一种或多种组合。
作为上述技术方案的优选，所述稀土元素为La，Ce，Y中的一种或多种组合。
作为上述技术方案的优选，所述稀土元素为质量百分比含量为0.2～0.5％。
本发明提供的铜合金中，锰和铜相互无限固溶，锰的加入可以形成置换式固溶体，对合金基体起固溶强化作用，可以提高合金的强度、硬度。本发明铜合金中Mn的重量百分比含量为10％～32％。
铝的加入会显著提高合金的机械强度以及抗应力腐蚀性，但过量的铝含量会大大降低合金的延伸率，铝的添加还可以有效的改善金属溶体的抗氧化特性，更加适合金属铸造。本发明提供的铜合金优选Al的重量百分比含量为3％～12％，进一步的优选为6％～10％。
Ni、Co、Fe、Zn元素的添加可以有效提高合金的耐腐蚀特性，过量的添加会降低合金的强度；本发明提供的铜合金中优选Ni、Co、Fe、Zn元素的添加量为3％～20％；其中Ni，Co，Fe元素的添加会改善合金的延展性，进一步优选为质量百分比含量为5％～15％。Zn元素可以改善合金的机械强度，优选的添加量为0％～20％，进一步优选为质量百分比含量为2％～10％。
稀土元素可以改善合金材料的延展性，并提高合金的流动性；但是过量添加会降低合金的机械强度。本发明提供的铜合金稀土元素的添加量控制在0.2％～1％之间，进一步优选为0.2～0.5％。
根据本发明所提供的合金，合金允许添加少量B、Si、Ti、Mg、Zr、Sn、C、P等元素或作为杂质元素存在，含量不超过2％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的铜合金包括Mn 10％～32％，Al 3％～12％，M 3％～20％，稀土元素0.2％～1％；其中，M为Ni，Co，Fe，Zn中的一种两种组合。Mn元素可以与Cu无限固溶，可以形成置换式固溶体，对合金基体起到固溶强化的作用，有效提高合金的强度和硬度；Al元素的加入可以提高合金的机械强度和抗应力腐蚀性，改善金属溶体的抗氧化特性；Ni，Co，Fe，Zn元素的加入可以有效提高合金基体的耐腐蚀特性，改善合金基体的延展性，还可以提高合金基体的机械强度。稀土元素的加入可显著改善材料的延展性，并大幅提高材料的流动性。
本申请提供的合金中，Al元素、Mn元素、Ni，Co，Fe，Zn元素的添加量过少，不能明显改善合金基体的强度、硬度以及延展性；但是添加量过多，会大大降低合金基体的强度和延展性。稀土元素作为晶粒细化剂和精炼剂，可显著改善材料的延展性，并大幅提高材料的流动性。稀土元素含量太少，晶粒细化效果有限，不能够有效改善延伸率，也不能有效改善铸造时的流动性，；稀土含量过高，则稀土会变为合金化元素进入合金基体当中，会显著降低合金的机械强度。稀土元素有17中元素，其中不同的元素对于不同的合金材料具有不同晶粒细化效果，而且具有不同的合金化效果，本发明经过反复实验测试对于稀土元素效果更佳的优选为La，Ce，Pr，Nd，Y元素，进一步优选为La，Ce，Y元素，具有更佳的材料延展性改善效果。但添加量过多，不仅会造成成本上升，而且则会造成耐腐蚀性下降。本发明提供的铜合金，通过合理调节合金中各元素的添加量，制得的铜合金具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和铸造特性；可以用于砂型铸造或金属型铸造，特别适合于压力成型的金属型铸造。
具体实施方式
：
下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1～实施例14、对比例1～对比例5中的合金组分如表1所示；
表1
以电解锰、铝、镍、钴、铜、铁，锌及稀土为原材料，按照表1中的合金元素质量百分比，分别配制实例1～14以及对比例1～5中的合金原料。采用真空感应熔炼方法对按照以上成分配制好的炉料进行熔炼合金化，压铸成型；其中合金化温度为1150℃，压铸成型采用160吨压铸机压铸成型，压铸产品为200×100mm×1.5mm的板材。
性能测试
1、拉伸性能
用线切割法在制得的板材上截取试验样品采用万能力学拉伸试验机进行力学性能拉伸测试。根据GB/T 228.1-2010中金属材料室温拉伸性能试验要求，分别对各实例及对比样中合金试样的屈服强度、抗拉强度和断后延伸率进行测试，拉伸速率为2mm/min。
2、硬度
根据GB/T 231.1-2002金属材料维氏硬度试验要求，分别对各实例及对比样中合金试样的维氏硬度进行测试。
3、耐腐蚀性
合金的耐腐蚀性能通过中性盐雾试验进行测试，NaCl 50g/L，PH＝6-7，温度35℃±2℃；测试样品放置成45°角的“V”槽壁，测试时间72小时，样品规格为50mm×50mm×1.5mm，根据腐蚀颜色和腐蚀的坑点情况综合评价，分为优中差三个等级，优：基本颜色变化，无明显点或面腐蚀；中：有少许颜色变化，并有肉眼可见腐蚀痕迹；差：有明显颜色变化，并由较深的腐蚀痕迹。
4、压铸性能
在产品压铸成型的过程中；压铸参数保持恒定的情况下衡量铸造特性，根据产品成型的完整特性，开裂特性对铸造特性做综合评价，分为优中差三个等级，优：产品完整，充型饱满，无开裂现象；中，产品基本完整，但有局部缺陷；差，产品不完整，或开裂。
测试结果如表2所示：
表2
从上述测试结果可以看出，本发明制得的铜合金具有优异的机械强度和良好的塑性，且耐腐蚀性能、铸造性能佳，特别适合压铸成型中小型精密铸件。
虽然已经对本发明的具体实施方案进行了描述，但是本发明的许多其他形式和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。应理解所附权利要求和本发明通常涵盖本发明真实精神和范围内的所有这些明显的形式和改变。
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