本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种铜合金。
背景技术：
随着中国经济与科学技术的迅猛发展，我国国民生活水平与生活品味不断提升，目前国内在装饰装潢、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，已有铜合金的综合力学性能与物理性能不够理想，限制了铜的应用。
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。
专利公开号为CN102212713A的专利公开了一种新型抗菌铜合金，其特征在于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，难以满足抗菌结构零部件对材料综合力学性能及物理性能的需求。
技术实现要素：
针对国民经济发展的需求及现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种具有较好的综合力学性能、加工性能、耐腐蚀性的抗菌铜合金。本发明所提供的铜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。
本发明所提供的铜合金还可以用于与其它材料制备成复合材料系统，这种情况下本发明合金的抗微生物性、耐腐蚀性及耐磨性等性能可以直接作用于该复合材料系统。
本发明提供了一种铜合金，其特征在于，该铜合金的组分及重量百分比含量如下：
10%~40%的Mn；
0.1%~11%的Al；
1%~25%的Cr、Ni、Zn、Co元素中至少一种或这四种元素中多于一种的组合；
余量为Cu。
本发明的铜合金中，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。优选地，本发明铜合金中Mn的重量百分比含量为15%~35%Al的加入会显著提高合金的机械强度及抗应力腐蚀性。优选地，本发明铜合金中Al的重量百分比含量为2%~9%。
本发明通过对Cr、Ni、Zn、Co四种元素的不同组合及加入量进行控制，可以对合金的综合力学性能、耐腐蚀性、抗生物存活性能进行调整。优选地，本合金中含有Cr、Ni、Zn、Co元素中至少一种或这四种元素中多于一种的组合的重量百分比含量为5%~25%。
根据本发明所提供的铜合金，其特征在于，该合金具有优异的抗腐蚀性能，并且具有抗微生物存活的效果，其完成灭活时间少于90分钟。
根据本发明所提供的铜合金，优选地，所述合金中还添加了B、Si、Ti、V、Mo、Sr、W、Mg、Zr、Sn和稀土元素中的至少一种。本发明中，优选地，所述添加元素总量占铜合金的重量百分比含量<3%。
根据本发明所提供的铜合金，优选地，所述添加元素为稀土元素。稀土元素能够细化晶粒、改变界面能、净化合金熔体。本发明中，以铜合金的总量为基准，所述稀土元素的重量百分比含量为 0.01%~0.2%。
根据本发明所提供的铜合金，优选地，所述微合金化元素为B、Ti、V、Sr、Mo中的至少一种。微量的B、Ti、V、Sr、Mo添加可以显著的改善本发明中合金的最终组织及晶粒尺寸、减少晶内有害杂质，从而提高合金的强度、塑性及耐腐蚀等性能。进一步优选地，以铜合金的总量为基准，所述合金元素的重量百分比含量为0.002%~0.15%。
根据本发明所提供的铜合金，优选地，所述微合金化元素为Si、Mg、Zr、Sn、W中的至少一种。以上元素可以显著改善合金的耐腐蚀性和强度。进一步优选地，以铜合金的总量为基准，所述合金元素的总重量百分比含量为0.05%~1%。
根据本发明所提供的铜合金，采用常规熔炼方法对按照以上成分配制好的炉料进行熔炼，然后通过连铸连轧法制备铜合金棒、线或板坯，经热加工的方法生产铜合金棒、线或板带材；或者将熔炼后得到的铸锭，经热挤压或热轧的方法制备坯料，然后生产棒、线或板带材。
根据本发明所提供的铜合金，其板带材制备工艺为：配料—熔炼—水平连铸—加热—热轧—铣面—初轧—切边—中间退火—中间酸洗—中轧—退火—精轧—清洗—拉弯矫直—剪切。其中，铸造温度为1020℃~1180℃；热轧温度为，开轧温度960℃~980℃，终轧温度750℃~850℃；所述热轧过程分多道次进行，每道次加工率为15%~20%；退火处理之间最大总热轧加工率为65%；退火温度为650℃~700℃，加热时间3h~3.5h。
根据本发明所提供的铜合金，也可以采用砂型铸造或金属型铸造等方法，将其用于铸造产品的生产。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实例对本发明提供的铜合金及其制备方法进行详细介绍，本发明的保护范围不受以下实例限制。
实例1-18：
以电解锰、铝、铬、镍、锌、钴、铜、含铜中间合金为原材料，按照表1中的铜合金元素重量百分比，分别配制实例1-18中的合金原料。采用常规熔炼方法对按照以上成分配制好的炉料进行熔炼—水平连铸—加热—热轧—铣面—初轧—切边—中间退火—中间酸洗—中轧—退火—精轧—清洗—拉弯矫直—剪切。其中，铸造温度为1120℃~1180℃；热轧分多道次进行，每道次加工率15%~20%；开轧温度为960℃~980℃，终轧温度为750℃~780℃。用线切割法在板材上截取试验样品进行各项性能测试。
对比样1-6：
以电解锰、铝、铬、镍、锌、钴、铜、含铜中间合金为原材料，按照表1中的铜合金元素重量百分比，分别配制对比样1-6中的合金原料。采用常规熔炼方法对按照以上成分配制好的炉料进行熔炼—水平连铸—加热—热轧—铣面—初轧—切边—中间退火—中间酸洗—中轧—退火—精轧—清洗—拉弯矫直—剪切。其中，铸造温度为1120℃~1180℃；热轧分多道次进行，每道次加工率15%~20%；开轧温度为960℃~980℃，终轧温度为750℃~780℃。用线切割法在板材上截取试验样品进行各项性能测试。
实例及对比样性能测试：
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；根据GB/T 231.1-2002金属材料布氏硬度试验要求，分别对各实例及对比样中合金试样的布氏硬度进行测试；合金的耐腐蚀性能通过动电位扫描测定，样品规格为50mm×50mm×1.5mm，动电位扫描试验的腐蚀介质为3.5% wt% NaCl溶液。所得到的实例及对比样性能测试结果如表2所示。
按照JIS Z 2801:2010 《抗菌制品抗菌性能的检测与评价》，采用平板培养基法来评定各实例与对比样中所得材料的抗菌性能，所用样品规格为50mm×50mm×1.5mm。所得实例及对比样抗菌性能测试结果如表3所示。
表1 实例及对比样中铜合金成分（wt%）
表2 实例及对比样中铜合金的性能测试结果
表3 实例及对比样中铜合金抗菌性能测试结果
从以上实例及对比样中可以看出，本发明所述铜合金具有很高的强度和良好的塑性，具有优异的耐腐蚀性能，具有较高的表面硬度，并且，与普通金属材料相比，本发明所述铜合金表现出优良的抗微生物存活效果。