权利要求
1.一种高强度
铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原材料准备
按照质量百分比称取镍板8～10wt%、锡块5～7wt%、
锰片0～0.2wt%、铌片0～0.4wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质;
将称取好的上述原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空至炉内压力低于10-3Pa，然后充入高纯氩气作为保护气体;
S2、熔炼铸造
以10-15℃/min的升温速率将炉料加热至1200-1300℃，使原料充分熔化，并在此温度下保温30-40min，利用电磁搅拌作用确保合金成分均匀混合，然后向熔炼炉内加入改性浇注剂，继续搅拌15-20min，使其均匀分散在合金液中;
采用底注式铸造方法，将熔化均匀且添加了改性浇注剂的合金液浇注到预热至300-400℃的铸模中，铸模采用石墨材质，得到直径为80mm的铸锭;
S3、均匀化处理
将铸锭放入电阻加热炉中，以5-8℃/min的升温速率加热至800℃，并在该温度下保温8h，均匀化处理后，随炉冷却至600℃，然后取出空冷至室温;
S4、锻造加工
采用自由锻造以及小变形锻造相结合的方式对上述铸锭进行锻造，锻造完成后，将锻件进行空冷至室温，然后进行表面清理，去除氧化皮和其他杂质，可采用酸洗和机械打磨相结合的方法，使表面粗糙度达到Ra0.8-Ra1.6μm;
S5、固溶淬火
将清理后的锻件放入盐浴炉中，盐浴介质采用50%+50%的混合盐，以10-12℃/min的升温速率加热至820℃，并在此温度下保温1h，使元素充分溶解到基体中，形成过饱和固溶体，固溶处理后，迅速将锻件从盐浴炉中取出，放入60-80℃的热水中进行淬火，淬火时间控制在3-5min;
S6、时效处理
将固溶淬火后的合金放入空气循环烘箱中，在200-500℃下进行时长为10-960分钟的时效处理，时效过程中烘箱内的温度波动控制在±5℃以内，确保时效效果的一致性;
时效处理完成后，随炉冷却至室温，得到最终的铜镍锡合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，改性浇注剂的加入量为合金液质量的0.2%-0.3%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，改性浇注剂的制备方法为：取适量的天然橡胶乳液，加入其质量3%-5%的纳米二氧化硅，在60-70℃下高速搅拌30-40min，使纳米二氧化硅均匀分散在天然橡胶乳液中，得到混合乳液;
向上述混合乳液中缓慢滴加质量分数为10%-15%的丙烯酸单体，同时滴加引发剂，在70-80℃下进行乳液聚合反应2-3h，得到聚合产物;
将聚合产物用去离子水洗涤3-5次，然后在50-60℃下真空干燥4-6h，得到改性浇注剂。
4.根据权利要求3所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，引发剂采用过硫酸铵，引发剂用量为丙烯酸单体质量的0.5%-1%。
5.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，自由锻造过程：初始锻造温度控制在850-900℃，先采用大吨位水压机进行镦粗操作，镦粗比控制在1.5-2，每次镦粗的压下速率控制在5-8mm/s，镦粗后回炉加热至原始锻造温度，重复镦粗1-3次;然后进行拔长操作。
6.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，拔长操作过程为：将镦粗后的坯料沿轴向进行拔长，每次拔长的变形量控制在20%-30%，拔长过程中的送进量与单边压下量之比控制在0.5-0.8，拔长速度控制在3-5mm/s，每拔长2-4次后回炉加热一次，确保坯料温度在合适的锻造范围内，经过多次拔长操作，使坯料的长度达到预定尺寸的1.2-1.5倍。
7.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，小变形锻造过程：将经过自由锻造的坯料再次加热至800-850℃，采用精锻机进行小变形锻造精锻机的锻造频率设置为80-100次/min，每次的压下量控制在2-3mm，通过多次小变形累积，逐步将坯料的横截面尺寸锻造至20mm×20mm，同时严格控制锻造过程中的温度，避免过热和过烧，最终锻造温度应保持在600℃以上。
8.根据权利要求1所述的一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，酸洗方式为：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗时间控制在10-15min;机械打磨方式为：酸洗后用清水冲洗干净，再用砂纸进行打磨。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的高强度铜镍锡合金材料的制备方法制备得到的高强度铜镍锡合金材料。
10.根据权利要求9所述的一种高强度铜镍锡合金材料，其特征在于，所述铜镍锡合金材料的直径为80mm，截面尺寸为20mm×20mm，抗拉强度≥850MPa，维氏硬度≥400HV。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
铜合金材料技术领域，具体是一种高强度铜镍锡合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002]随着现代工业的快速发展，对合金材料的性能要求日益提高。在众多合金材料中，铜镍锡合金因其良好的导电性、耐腐蚀性以及一定的强度和硬度，在电子、航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用前景。
[0003]然而，传统的铜镍锡合金在硬度和抗拉强度方面逐渐难以满足一些高端应用场景的严苛需求。例如，在电子设备的散热部件制造中，需要合金材料具备更高的强度以承受复杂的热应力和机械应力，而现有铜镍锡合金的力学性能有限，可能导致散热部件在长期使用过程中出现变形、损坏等问题，影响电子设备的稳定性和使用寿命。
[0004]在航空航天领域，对于结构件的材料要求更为苛刻，不仅需要具备高强度和硬度，还需要在极端环境下保持良好的性能稳定性。传统铜镍锡合金的组织晶粒相对粗大，内部存在不连续沉淀持续析出的问题，这使得合金的强度和硬度无法进一步提升，限制了其在航空航天关键部件中的应用。
[0005]汽车制造行业同样面临着类似的挑战，发动机部件、传动系统等需要使用高强度的合金材料来提高零部件的耐磨性和可靠性，降低能耗和维护成本。但现有铜镍锡合金的性能瓶颈阻碍了其在这些关键部位的广泛应用，迫切需要一种新的技术方案来突破这些限制，提高铜镍锡合金的综合性能，以满足不断发展的工业需求。
[0006]因此，研发一种能够显著提高硬度和抗拉强度、优化组织结构的高强度铜镍锡合金材料及其制备方法具有重要的现实意义和广阔的市场前景。
发明内容
[0007]本发明的目的在于提供一种高强度铜镍锡合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、原材料准备
按照质量百分比称取镍板8～10wt%、锡块5～7wt%、锰片0～0.2wt%、铌片0～0.4wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质;镍纯度≥99.9%，锡纯度≥99.9%，锰纯度≥99.5%，铌纯度≥99.5%，铜纯度≥99.9%。
[0009]将称取好的上述原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空至炉内压力低于Pa，然后充入高纯氩气作为保护气体，防止金属在熔炼过程中氧化。
[0010]S2、熔炼铸造
以10-15℃/min的升温速率将炉料加热至1200-1300℃，使原料充分熔化，并在此温度下保温30-40min，利用电磁搅拌作用确保合金成分均匀混合，然后向熔炼炉内加入改性浇注剂，继续搅拌15-20min，使其均匀分散在合金液中;
采用底注式铸造方法，将熔化均匀且添加了改性浇注剂的合金液浇注到预热至300-400℃的铸模中，铸模采用石墨材质，以保证良好的脱模性能和铸锭表面质量，得到直径为80mm的铸锭;
S3、均匀化处理
将铸锭放入电阻加热炉中，以5-8℃/min的升温速率加热至800℃，并在该温度下保温8h，消除铸锭内成分的不均匀分布并促进晶粒结构的均匀性，均匀化处理后，随炉冷却至600℃，然后取出空冷至室温;
S4、锻造加工
采用自由锻造以及小变形锻造相结合的方式对上述铸锭进行锻造，锻造完成后，将锻件进行空冷至室温，然后进行表面清理，去除氧化皮和其他杂质，可采用酸洗和机械打磨相结合的方法，使表面粗糙度达到Ra0.8-Ra1.6μm;
S5、固溶淬火
将清理后的锻件放入盐浴炉中，盐浴介质采用50%+50%的混合盐，以10-12℃/min的升温速率加热至820℃，并在此温度下保温1h，使元素充分溶解到基体中，形成过饱和固溶体，并缓解锻造过程中产生的内应力，固溶处理后，迅速将锻件从盐浴炉中取出，放入60-80℃的热水中进行淬火，淬火时间控制在3-5min，以保证获得良好的固溶效果和组织形态;
S6、时效处理
将固溶淬火后的合金放入空气循环烘箱中，在200-500℃下进行时长为10-960分钟的时效处理，时效过程中烘箱内的温度波动控制在±5℃以内，确保时效效果的一致性;
时效处理完成后，随炉冷却至室温，得到最终的铜镍锡合金材料。
[0011]作为本发明进一步的方案：改性浇注剂的制备方法为：取适量的天然橡胶乳液，加入其质量3%-5%的纳米二氧化硅，在60-70℃下高速搅拌30-40min，使纳米二氧化硅均匀分散在天然橡胶乳液中，得到混合乳液;
向上述混合乳液中缓慢滴加质量分数为10%-15%的丙烯酸单体，同时滴加引发剂，在70-80℃下进行乳液聚合反应2-3h，得到聚合产物。
[0012]将聚合产物用去离子水洗涤3-5次，然后在50-60℃下真空干燥4-6h，得到改性浇注剂。
[0013]作为本发明进一步的方案：引发剂采用过硫酸铵，引发剂用量为丙烯酸单体质量的0.5%-1%。
[0014]作为本发明进一步的方案：自由锻造过程：初始锻造温度控制在850-900℃，先采用大吨位水压机进行镦粗操作，镦粗比控制在1.5-2，每次镦粗的压下速率控制在5-8mm/s，镦粗后回炉加热至原始锻造温度，重复镦粗1-3次，以改善铸锭的内部组织均匀性和致密性;然后进行拔长操作。
[0015]作为本发明进一步的方案：拔长操作过程为：将镦粗后的坯料沿轴向进行拔长，每次拔长的变形量控制在20%-30%，拔长过程中的送进量与单边压下量之比控制在0.5-0.8，拔长速度控制在3-5mm/s，每拔长2-4次后回炉加热一次，确保坯料温度在合适的锻造范围内，经过多次拔长操作，使坯料的长度达到预定尺寸的1.2-1.5倍。
[0016]作为本发明进一步的方案：小变形锻造过程：将经过自由锻造的坯料再次加热至800-850℃，采用精锻机进行小变形锻造精锻机的锻造频率设置为80-100次/min，每次的压下量控制在2-3mm，通过多次小变形累积，逐步将坯料的横截面尺寸锻造至20mm×20mm，同时严格控制锻造过程中的温度，避免过热和过烧，最终锻造温度应保持在600℃以上。
[0017]作为本发明进一步的方案：酸洗方式为：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗时间控制在10-15min;机械打磨方式为：酸洗后用清水冲洗干净，再用砂纸进行打磨。
[0018]本发明还公开了一种高强度铜镍锡合金材料，采用上述制备工艺制备得到：
所述高强度铜镍锡合金材料包括如下质量百分比成分：镍板8～10wt%、锡块5～7wt%、锰片0～0.2wt%、铌片0～0.4wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质。
[0019]所述铜镍锡合金材料的直径为80mm，截面尺寸为20mm×20mm，抗拉强度≥850MPa，维氏硬度≥400HV。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过向铜镍锡合金中添加锰和铌等微量元素，改变晶体内部组织，细化组织晶粒，进一步提高铜镍锡合金的硬度和抗拉强度，避免合金组织晶粒中不连续沉淀的持续析出;
2、本发明通过在熔炼浇筑过程中添加改性浇注剂，并且采用自由锻造和小变形锻造相结合的锻造工艺，同时采用固溶处理工艺和时效处理工艺，使得上述元素充分溶解到铜基体中，大大缓解了锻造过程中所产生的内应力，进一步提高了合金材料的强度和硬度。
附图说明
[0021]图1为本发明实施例1中标尺比例分别为1：50um的金相图。
[0022]图2为本发明实施例1中标尺比例分别为1：100um的金相图。
[0023]图3为本发明实施例2中标尺比例分别为1：50um的金相图。
[0024]图4为本发明实施例2中标尺比例分别为1：100um的金相图。
[0025]图5为本发明实施例3中标尺比例分别为1：50um的金相图。
[0026]图6为本发明实施例3中标尺比例分别为1：100um的金相图。
[0027]图7为在350℃下进行不同时长的时效处理所得到的合金材料的金相图。
[0028]图8为本发明合金材料在350℃时效不同时间的工程应力-应变曲线图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]实施例1
[0031]本发明实施例中，一种高强度铜镍锡合金材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、原材料准备
按照质量百分比称取镍板9wt%、锡块6wt%、锰片0.1wt%、铌片0.2wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质;镍纯度≥99.9%，锡纯度≥99.9%，锰纯度≥99.5%，铌纯度≥99.5%，铜纯度≥99.9%。
[0032]将称取好的上述原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空至炉内压力低于Pa，然后充入高纯氩气作为保护气体，防止金属在熔炼过程中氧化。
[0033]S2、熔炼铸造
改性浇注剂制备：
取适量的天然橡胶乳液，加入其质量4%的纳米二氧化硅，在65℃下高速搅拌35min，使纳米二氧化硅均匀分散在天然橡胶乳液中，得到混合乳液。
[0034]向上述混合乳液中缓慢滴加质量分数为12.5%的丙烯酸单体，同时滴加引发剂过硫酸铵(引发剂用量为丙烯酸单体质量的0.75%)，在75℃下进行乳液聚合反应2.5h，得到聚合产物。
[0035]将聚合产物用去离子水洗涤4次，然后在55℃下真空干燥5h，得到改性浇注剂。
[0036]以12.5℃/min的升温速率将炉料加热至1250℃，使原料充分熔化，并在此温度下保温35min，利用电磁搅拌作用确保合金成分均匀混合，然后向熔炼炉内加入制备好的改性浇注剂，加入量为合金液质量的0.25%，继续搅拌17.5min，使其均匀分散在合金液中。
[0037]采用底注式铸造方法，将熔化均匀且添加了改性浇注剂的合金液浇注到预热至350℃的铸模中，铸模采用石墨材质，以保证良好的脱模性能和铸锭表面质量，得到直径为80mm的铸锭。
[0038]S3、均匀化处理
将铸锭放入电阻加热炉中，以5-8℃/min的升温速率加热至800℃，并在该温度下保温8h，消除铸锭内成分的不均匀分布并促进晶粒结构的均匀性。
[0039]均匀化处理后，随炉冷却至600℃，然后取出空冷至室温。
[0040]S4、锻造加工
自由锻造阶段：
对均匀化处理后的铸锭进行加热，初始锻造温度控制在875℃。
[0041]首先采用大吨位水压机进行镦粗操作，镦粗比控制在1.5-2，每次镦粗的压下速率控制在5-8mm/s，镦粗后回炉加热至原始锻造温度，重复镦粗2次，以改善铸锭的内部组织均匀性和致密性。
[0042]然后进行拔长操作，将镦粗后的坯料沿轴向进行拔长，每次拔长的变形量控制在25%，拔长过程中的送进量与单边压下量之比控制在0.65，拔长速度控制在4mm/s，每拔长3次后回炉加热一次，确保坯料温度在合适的锻造范围内，经过多次拔长操作，使坯料的长度达到预定尺寸的1.35倍。
[0043]小变形锻造阶段：
将经过自由锻造的坯料再次加热至825℃，采用精锻机进行小变形锻造。
[0044]精锻机的锻造频率设置为90次/min，每次的压下量控制在2.5mm，通过多次小变形累积，逐步将坯料的横截面尺寸锻造至20mm×20mm，同时严格控制锻造过程中的温度，避免过热和过烧，最终锻造温度应保持在600℃以上。
[0045]锻造完成后，将锻件进行空冷至室温，然后进行表面清理，去除氧化皮和其他杂质，可采用酸洗和机械打磨相结合的方法，酸洗溶液采用12.5%的硫酸溶液，酸洗时间控制在12.5min，酸洗后用清水冲洗干净，再用砂纸进行打磨，使表面粗糙度达到Ra1.2μm。
[0046]S5、固溶淬火
将清理后的锻件放入盐浴炉中，盐浴介质采用50%+50%的混合盐，以11.5℃/min的升温速率加热至820℃，并在此温度下保温1h，使元素充分溶解到基体中，形成过饱和固溶体，并缓解锻造过程中产生的内应力。
[0047]固溶处理后，迅速将锻件从盐浴炉中取出，放入70℃的热水中进行淬火，淬火时间控制在4min，以保证获得良好的固溶效果和组织形态。
[0048]S6、时效处理
将固溶淬火后的合金放入空气循环烘箱中，在350℃进行720的时效处理以形成强化微观结构，最长时效时间达到16h，时效过程中烘箱内的温度波动控制在±5℃以内，确保时效效果的一致性。
[0049]时效处理完成后，随炉冷却至室温，得到最终的铜合金材料。
[0050]实施例2
[0051]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S1中，按照质量百分比称取镍板8wt%、锡块5wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质。
[0052]实施例3
[0053]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S1中，按照质量百分比称取镍板10wt%、锡块7wt%、锰片0.2wt%、铌片0.4wt%，余量为铜板及不可避免的微量杂质。
[0054]实施例4
[0055]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S2中，改性浇注剂制备：
取适量的天然橡胶乳液，加入其质量3%的纳米二氧化硅，在60℃下高速搅拌30min，使纳米二氧化硅均匀分散在天然橡胶乳液中，得到混合乳液。
[0056]向上述混合乳液中缓慢滴加质量分数为10%的丙烯酸单体，同时滴加引发剂过硫酸铵(引发剂用量为丙烯酸单体质量的0.5%)，在70℃下进行乳液聚合反应2h，得到聚合产物。
[0057]将聚合产物用去离子水洗涤3次，然后在50℃下真空干燥6h，得到改性浇注剂。
[0058]以10℃/min的升温速率将炉料加热至1200℃，使原料充分熔化，并在此温度下保温30min，利用电磁搅拌作用确保合金成分均匀混合，然后向熔炼炉内加入制备好的改性浇注剂，加入量为合金液质量的0.2%%，继续搅拌15min，使其均匀分散在合金液中。
[0059]实施例5
[0060]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S2中，改性浇注剂制备：
取适量的天然橡胶乳液，加入其质量5%的纳米二氧化硅，在70℃下高速搅拌40min，使纳米二氧化硅均匀分散在天然橡胶乳液中，得到混合乳液。
[0061]向上述混合乳液中缓慢滴加质量分数为15%的丙烯酸单体，同时滴加引发剂过硫酸铵(引发剂用量为丙烯酸单体质量的1%)，在80℃下进行乳液聚合反应3h，得到聚合产物。
[0062]将聚合产物用去离子水洗涤5次，然后在60℃下真空干燥6h，得到改性浇注剂。
[0063]以15℃/min的升温速率将炉料加热至1300℃，使原料充分熔化，并在此温度下保温40min，利用电磁搅拌作用确保合金成分均匀混合，然后向熔炼炉内加入制备好的改性浇注剂，加入量为合金液质量的0.3%，继续搅拌20min，使其均匀分散在合金液中。
[0064]实施例6
[0065]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，自由锻造阶段：
对均匀化处理后的铸锭进行加热，初始锻造温度控制在850℃。
[0066]首先采用大吨位水压机进行镦粗操作，镦粗比控制在1.5，每次镦粗的压下速率控制在5mm/s，镦粗后回炉加热至原始锻造温度，重复镦粗1次，以改善铸锭的内部组织均匀性和致密性。
[0067]然后进行拔长操作，将镦粗后的坯料沿轴向进行拔长，每次拔长的变形量控制在20%%，拔长过程中的送进量与单边压下量之比控制在0.5，拔长速度控制在3mm/s，每拔长2次后回炉加热一次，确保坯料温度在合适的锻造范围内，经过多次拔长操作，使坯料的长度达到预定尺寸的1.2倍。
[0068]实施例7
[0069]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，自由锻造阶段：
对均匀化处理后的铸锭进行加热，初始锻造温度控制在900℃。
[0070]首先采用大吨位水压机进行镦粗操作，镦粗比控制在2，每次镦粗的压下速率控制在8mm/s，镦粗后回炉加热至原始锻造温度，重复镦粗3次，以改善铸锭的内部组织均匀性和致密性。
[0071]然后进行拔长操作，将镦粗后的坯料沿轴向进行拔长，每次拔长的变形量控制在30%，拔长过程中的送进量与单边压下量之比控制在0.8，拔长速度控制在5mm/s，每拔长4次后回炉加热一次，确保坯料温度在合适的锻造范围内，经过多次拔长操作，使坯料的长度达到预定尺寸的1.5倍。
[0072]实施例8
[0073]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，小变形锻造阶段：
将经过自由锻造的坯料再次加热至800℃，采用精锻机进行小变形锻造。
[0074]精锻机的锻造频率设置为80次/min，每次的压下量控制在2mm，通过多次小变形累积，逐步将坯料的横截面尺寸锻造至20mm×20mm，同时严格控制锻造过程中的温度，避免过热和过烧，最终锻造温度应保持在600℃以上。
[0075]锻造完成后，将锻件进行空冷至室温，然后进行表面清理，去除氧化皮和其他杂质，可采用酸洗和机械打磨相结合的方法，酸洗溶液采用10%的硫酸溶液，酸洗时间控制在10min，酸洗后用清水冲洗干净，再用砂纸进行打磨，使表面粗糙度达到Ra0.8μm。
[0076]实施例9
[0077]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，小变形锻造阶段：
将经过自由锻造的坯料再次加热至850℃，采用精锻机进行小变形锻造。
[0078]精锻机的锻造频率设置为100次/min，每次的压下量控制在3mm，通过多次小变形累积，逐步将坯料的横截面尺寸锻造至20mm×20mm，同时严格控制锻造过程中的温度，避免过热和过烧，最终锻造温度应保持在600℃以上。
[0079]锻造完成后，将锻件进行空冷至室温，然后进行表面清理，去除氧化皮和其他杂质，可采用酸洗和机械打磨相结合的方法，酸洗溶液采用15%的硫酸溶液，酸洗时间控制在15min，酸洗后用清水冲洗干净，再用砂纸进行打磨，使表面粗糙度达到Ra1.6μm。
[0080]实施例10
[0081]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，将固溶淬火后的合金放入空气循环烘箱中，在200C下进行时长为720分钟的时效处理，时效过程中烘箱内的温度波动控制在±5℃以内，确保时效效果的一致性。
[0082]实施例11
[0083]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，将固溶淬火后的合金放入空气循环烘箱中，在500℃下进行时长为720分钟的时效处理，时效过程中烘箱内的温度波动控制在±5℃以内，确保时效效果的一致性。
[0084]实施例12
[0085]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，在350℃下进行时长为10分钟的时效处理。
[0086]实施例13
[0087]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，在350℃下进行时长为60分钟的时效处理。
[0088]实施例14
[0089]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，在350℃下进行时长为240分钟的时效处理。
[0090]实施例15
[0091]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，在350℃下进行时长为480分钟的时效处理。
[0092]实施例16
[0093]本实施例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S6中，在350℃下进行时长为960分钟的时效处理。
[0094]对比例1
本对比例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S2中，不向熔炼炉内加入改性浇注剂。
[0095]对比例2
本对比例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，不采用自由锻造的锻造方式。
[0096]对比例3
本对比例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S4中，不采用小变形锻造的锻造方式。
[0097]对比例4
本对比例与实施例1不同之处在于，在所述步骤S5中，不进行固溶处理直接进行淬火。
[0098]对实施例1中所制备的铜镍锡合金材料进行金相检验，得到如图1、2所示的标尺比例分别为1：50um、1：100um的金相图，根据图1、2观察可知，采用本发明方法所制备的铜镍锡合金材料组织晶粒较细，密度较高，性能较优。
[0099]同时，针对上述各个实施例以及对比例中高强度铜镍锡合金材料的制备方法，分别测试本发明中制备方法对铜镍锡合金材的强度性能的影响，具体如下：
1、探究原材料的中材料配比不同对合金材料强度的影响，并且以实施例1-3进行实验对比，结果如下表1所示，同时对实施例2以及3中所制备的铜镍锡合金材料进行金相检验，得到对应材料的金相图，如图3-图6所示。
[0100]
检测样品抗拉强度(MPa)硬度(HV)实施例1933.44444.02实施例2680.35340.68实施例3852.56410.42
表1
由上述表1，可以得出原材料的配比不同对最终铜镍锡合金材料的抗拉强度以及硬度有着一定的影响，且通过对比可以得出，实施例1中所得到的合金材料的强度最高，硬度也是最好的，同时结合图1-图6可以看出，实施例1所得到的合金颗粒组织晶粒是最细的，密度也是最高的。
[0101]2、探究熔炼铸造、锻造加工以及时效处理的不同工艺参数对铜镍锡合金材料性能的影响。
[0102]以实施例1、4-11作为实验对比，结果如下表2所示。
[0103]
检测样品抗拉强度(MPa)硬度(HV)实施例1933.44444.02实施例4902.65408.89实施例5899.55402.55实施例6904.35405.63实施例7902.82403.65实施例8903.66404.08实施例9901.55402.86实施例10856.25408.22实施例11865.78411.58
表2
由上述表2，可以得出熔炼铸造、锻造加工以及时效处理的不同参数对最终铜镍锡合金材料的抗拉强度以及硬度有着一定的影响，且通过对比可以得出，实施例1中所得到的合金材料的强度最高，硬度仍然是最好的，并且熔炼铸造以及铸造加工参数的改变对合金材料的性能改变较小，而时效处理参数的改变对合金材料的性能改变较大。
[0104]3、进一步探究在350℃下进行不同时长的时效处理对铜镍锡合金材料性能的影响。
[0105]以实施例1、12-16作为实验对比，对上述实施例所制备的合金材料进行金相检验，结果如图7所示;同时绘制合金材料在350℃时效不同时间的工程应力-应变曲线图，如图8所示。
[0106]从图7和图8可以得出，在350℃时效下进行时长为720分钟的时效处理所制备得到的合金材料性能较优。
[0107]4、进一步探究缺省其中关键工艺步骤对铜镍锡合金材料性能的影响。
[0108]以实施例1、对比例1-4作为实验对比，结果如下表3所示。
[0109]
检测样品抗拉强度(MPa)硬度(HV)实施例1933.44444.02对比例1720.82358.52对比例2702.53342.66对比例3715.32352.63对比例4692.54339.52
表3
从上述表3可以得出，在缺省关键性的工艺(改性浇注剂的添加工艺、自由锻造和小变形锻造相结合的锻造工艺方式以及固溶处理工艺)后，最终得到的铜镍锡合金材料性能存在较为明显程度的降低。
[0110]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0111]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
说明书附图(8)
声明：
“高强度铜镍锡合金材料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：国工恒昌新材料（义乌）有限公司
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2025年03月28日 ~ 30日 
