一种稀土耐蚀铜合金及制备工艺的制作方法

本发明涉及金属冶炼及铜合金领域，尤其涉及一种应用在空调及制冷行业铜管用的稀土耐蚀铜合金及制备工艺。

背景技术：

铜具有良好的导热、导电和耐腐蚀等特性，使得其在化工机械零件、海洋工程及制冷装置中有着十分广泛的应用。但是，在湿度较高或在酸性和海洋环境中，铜会发生较为严重的腐蚀。为了提高铜材的耐蚀性能，锡、锌、镍等经常作为合金化元素加入。但是在海水腐蚀介质中，铜合金往往会发生脱锡、脱锌腐蚀，而镍加入到铜中，虽然可以提高铜合金的耐蚀性，但会使生产成本提高，而且会造成合金硬度提高，塑性加工成型困难。另外，随着空调及制冷行业用铜管向细径和薄壁化方向发展，对铜管的耐蚀性能也提出了更高的要求。

稀土在金属材料中是一种有益的添加元素，稀土可以净化铜熔体，去除铜中氧、硫、氢及低熔点元素铋、锡、铅等，改善铜及铜合金的高温性能和热加工性能，减少铜及铜合金的热裂倾向，提高材料的热塑性、耐热性和耐蚀性。

中国发明专利(公开号CN102776410A)，提供一种耐蚀铜合金。该合金中含有大量的低电位的合金元素，如：镁、铝、锌等元素，这些元素在铜合金中会加速铜的电化学腐蚀，限制了其在多种腐蚀介质中的使用。

中国发明专利(公开号CN1827811A)，提供一种耐腐蚀性能优良的热交换器用无缝铜合金管及其制备方法，通过在传统黄铜中加入镍、锰元素来提高材料的耐蚀性。该合金管材在实际海洋环境使用中耐磨损和腐蚀能力较差，限制了其在海水淡化装置中的使用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种稀土耐蚀铜合金及制备工艺，通过该工艺制备的稀土铜合金耐盐酸、乙酸腐蚀，并且具有良好的塑性加工性能。

本发明的技术方案是：

一种稀土耐蚀铜合金，以质量百分数计，该稀土耐蚀铜合金由下列组元组成：稀土0.001～1.0％，杂质总量不大于0.5％，余量为铜。

所述的稀土耐蚀铜合金，稀土种类为纯镧、纯铈、镧铈混合稀土、纯钕或纯铒。

所述的稀土耐蚀铜合金，稀土纯度在99.95wt％以上。

所述的稀土耐蚀铜合金的制备工艺，包括以下步骤：

①选取电解铜板和稀土，制备铜稀土中间合金，制备过程采用真空中频感应炉，氩气气氛保护，电磁搅拌，熔炼温度1100～1250℃，熔炼10～20分钟；

②浇注至经300℃预热0.5～1小时的铁模中，得到铜稀土中间合金；

③选择步骤②中制备的铜稀土中间合金和电解铜板为原材料，按要求成分进行配比、称重；

④先对电解铜板进行熔炼，待其全部熔化后加入铜稀土中间合金，电磁搅拌，熔炼温度为1100～1200℃，熔炼10～30分钟；

⑤浇注至经300℃预热0.5～1小时的铁模中，得到铜合金铸锭。

所述的稀土耐蚀铜合金的制备工艺，步骤①和步骤④中，电解铜纯度在99.00～99.99wt％。

所述的稀土耐蚀铜合金的制备工艺，步骤②的铜稀土中间合金中，按质量百分比计，稀土含量为5～15％。

所述的稀土耐蚀铜合金的制备工艺，稀土耐蚀铜合金在盐酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高20～50％。

所述的稀土耐蚀铜合金的制备工艺，稀土耐蚀铜合金在乙酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高15～45％。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明采用微合金化技术，通过向铜熔体中添加适量的稀土，可以实现去除铜熔体中的微量的氧、硫、氢、铅、铋、锑等多种杂质元素，达到净化熔体的目的，从而减弱了合金的微电偶腐蚀，提高了合金的耐蚀性能。稀土的添加还可细化合金晶粒，提高再结晶温度，改善加工性能。

附图说明

图1为稀土铈含量在0.05wt％的铜合金在0.5摩尔每升盐酸溶液中浸泡10天后的腐蚀形貌图。

图2为不含稀土的纯铜在0.5摩尔每升盐酸溶液中浸泡10天后的腐蚀形貌图。

具体实施方式

在具体实施方式中，本发明稀土耐蚀铜合金由下列两种组分组成：以质量百分数计，铜98.50～99.99％，稀土0.001～1.0％，杂质总量不大于0.5％，稀土种类为纯镧、纯铈、镧铈混合稀土、纯钕或纯铒，稀土纯度在99.95wt％以上；优选的，铜99.90～99.99％，稀土0.01～0.05％，杂质总量不大于0.05％。

下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，以质量百分数计，稀土耐蚀铜合金由下列两种组分组成：铜99.9％，镧0.07％，不可避免的杂质总含量为0.03％。该合金的制备包括以下步骤：

①称取纯度为99.92wt％的电解铜板10.12公斤和纯度为99.96wt％的稀土镧1.02公斤，制备铜镧中间合金，其中镧的质量百分数为10％，制备过程采用真空中频感应炉，氩气气氛保护，电磁搅拌，熔炼温度1120℃，熔炼10分钟；

②浇注至经300℃预热0.5小时的铁模中，得到铜镧中间合金；

③选择步骤②中制备的为原材料，称取铜镧中间合金71.62克，称取电解铜板10.16kg；

④先对电解铜板进行熔炼，待其全部熔化后加入铜镧中间合金，电磁搅拌，熔炼温度为1150℃，熔炼15分钟；

⑤浇注至经300℃预热0.9小时的铁模中，得到铜合金铸锭。

利用该方法制备的稀土耐蚀铜合金，在盐酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高48％，在乙酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高40％。

实施例2

本实施例中，以质量百分数计，稀土耐蚀铜合金由下列两种组分组成：铜99.7％，铈0.05％，不可避免的杂质总含量为0.25％。该合金的制备包括以下步骤：

①称取纯度为99.69wt％的电解铜板10.23公斤和纯度为99.98wt％的稀土铈 0.82公斤，制备铜铈中间合金，其中铈的质量百分数为8％，制备过程采用真空中频感应炉，氩气气氛保护，电磁搅拌，熔炼温度1100℃，熔炼12分钟；

②浇注至经300℃预热0.8小时的铁模中，得到铜铈中间合金；

③选择步骤②中制备的为原材料，称取铜铈中间合金48.73克，称取电解铜板9.97kg；

④先对电解铜板进行熔炼，待其全部熔化后加入铜铈中间合金，电磁搅拌，熔炼温度为1140℃，熔炼16分钟；

⑤浇注至经300℃预热0.6小时的铁模中，得到铜合金铸锭。

利用该方法制备的稀土耐蚀铜合金，在盐酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高40％，在乙酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高30％。

如图1所示，稀土铈含量在0.05wt％的铜合金在0.5摩尔每升盐酸溶液中浸泡10天后，腐蚀形貌中没有出现明显的晶间腐蚀和点蚀，说明含稀土的铜合金具有良好的耐盐酸腐蚀性能。

如图2所示，不含稀土的纯铜在0.5摩尔每升盐酸溶液中浸泡10天后，腐蚀形貌中出现了严重的晶间腐蚀和点蚀，纯铜在盐酸介质下的耐蚀性能较差。

实施例3

本实施例中，以质量百分数计，稀土耐蚀铜合金由下列两种组分组成：铜99.6％，镧铈混合稀土0.01％，不可避免的杂质总含量为0.39％。该合金的制备包括以下步骤：

①称取纯度为99.53wt％的电解铜板10.17公斤和纯度为99.95wt％的镧铈混合稀土1.06公斤，制备铜混合稀土中间合金，其中混合稀土的质量百分数为9％，制备过程采用真空中频感应炉，氩气气氛保护，电磁搅拌，熔炼温度1110℃，熔炼10分钟；

②浇注至经300℃预热0.5小时的铁模中，得到铜混合稀土中间合金；

③选择步骤②中制备的为原材料，称取铜混合稀土中间合金11.27克，称取电解铜板10.13kg；

④先对电解铜板进行熔炼，待其全部熔化后加入铜混合稀土中间合金，电磁搅拌，熔炼温度为1160℃，熔炼13分钟；

⑤浇注至经300℃预热0.7小时的铁模中，得到铜合金铸锭。

利用该方法制备的稀土耐蚀铜合金，在盐酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高35％，乙酸介质下的耐蚀性能较纯铜提高20％。

实施例结果表明，本发明采用稀土和铜二组元，稀土作为第二组元，微量元素添加的方式制备耐蚀的稀土微合金化的铜合金。稀土不仅可以净化铜熔体，还可与铜形成第二相，以网状形式存在于铜晶粒周围，减缓微电偶腐蚀，提高铜合金的耐蚀性。因此，本发明的铜合金可以为空调及制冷行业用的铜管提供新型的铜合金材料。