本發(fā)明屬于磁性有色金屬，具體涉及的是一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈹青銅合金具有優(yōu)良綜合性能、優(yōu)異的耐磨性、相對(duì)較高的導(dǎo)電耐熱性以及高抗拉強(qiáng)度，在常溫下可以滿足大部分使用要求，因此該合金在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，隨著近年來公眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)合金的全面性能的考慮也越來越高。鈹青銅自身也有一些固有的缺點(diǎn)，例如：在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵以及有毒的氧化物；高溫下的抗應(yīng)力松弛能力較差，一般使用溫度較低；生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，這些問題嚴(yán)重制約了鈹青銅材料的進(jìn)一步發(fā)展。因此，近些年來研究人員在不斷尋求能夠替代鈹青銅材料的新型合金材料。

2、在尋找優(yōu)異性能的cu基磁性合金的過程中，cu-ni-sn合金因其具有與鈹銅合金相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，且cu-ni-sn合金去除了會(huì)產(chǎn)生毒性粉末的鈹元素，徹底消除了鈹銅合金在生產(chǎn)及使用過程中對(duì)人體及生態(tài)的危害，因此cu-ni-sn合金在研制之初就被認(rèn)為是鈹銅合金潛在的替代材料。cu-ni-sn合金材料與鈹青銅相比，它具有成本低、無毒、耐腐蝕、焊接性能好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

3、cu-ni-sn合金在凝固過程中容易出現(xiàn)枝晶偏析現(xiàn)象，導(dǎo)致合金內(nèi)部形成粗大的枝晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅會(huì)影響合金的力學(xué)性能，還會(huì)降低其性能的穩(wěn)定性。且合金在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出明顯的熱不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。這種特性限制了其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。cu-ni-sn合金磁導(dǎo)率極低，難以滿足部分磁性性能的要求，因此不適用于制造對(duì)磁性要求苛刻的磁性元件，如高性能磁芯和永磁體。此外，cu-15ni-8sn合金的電阻率相對(duì)較高，不適合用作導(dǎo)電材料。同時(shí)，其電阻率的溫度系數(shù)較大，導(dǎo)致其電阻率在溫度變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著波動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決cu-ni-sn合金易發(fā)生偏析帶來的力學(xué)性能局限性以及其近乎無磁性方面影響的應(yīng)用局限性，并通過微量元素?fù)诫s和熱處理工藝改善其性能的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金及其制備方法。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的化學(xué)分子式為：cuyni15sn8mnxb0.1，式中x、y為質(zhì)量百分比，其中，0≤x≤22wt％，56.9wt％≤y≤76.9wt％，并且x+y+15wt％+8wt％+0.1wt％＝100wt％。

4、cu-ni-sn合金可以通過添加一種或多種微量元素，使其成為具有耐高溫、耐腐蝕和高電阻等特殊性的材料，本發(fā)明通過研究摻雜元素對(duì)cu-10ni-8sn合金的影響發(fā)現(xiàn)，mn元素和b元素可以增強(qiáng)cu-10ni-8sn合金的性能，其中：

5、mn元素對(duì)cu-ni-sn合金的影響包括：

6、(1)固溶強(qiáng)化：mn元素可以與銅、鎳和錫形成固溶體。mn原子存在于晶格中，可以提高合金整體機(jī)械強(qiáng)度和硬度；

7、(2)粒度細(xì)化：mn可以促進(jìn)cu-ni-sn合金的晶粒細(xì)化，mn元素可以作為晶粒細(xì)化劑，減小合金的晶粒尺寸，較細(xì)的晶粒尺寸可以提高合金的力學(xué)性能，如強(qiáng)度和延展性；

8、(3)沉淀硬化：mn可以與cu-ni-sn合金中的其他元素形成沉淀物或金屬間化合物，這些沉淀物可以通過沉淀硬化過程增強(qiáng)合金，分散的沉淀物阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)，從而增加強(qiáng)度和硬度；

9、(4)耐蝕性：添加mn可以提高cu-ni-sn合金的耐蝕性。b元素可以改善合金的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度；

10、b元素對(duì)cu-ni-sn合金的影響為：b元素的原子半徑比cu、ni、sn小，但比間隙元素c、n大，而晶界的空位間隙較晶內(nèi)大，故b填充在晶界上比在晶內(nèi)更為合適，有助于降低晶界能，使晶界的空位減少，擴(kuò)散降低，從而提高抗力。

11、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt％，sn：8wt％，mn：3wt％-7wt％，b：0.1wt％，余量為銅。

12、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt％，sn：8wt％，mn：8wt％-12wt％，b：0.1wt％，余量為銅。

13、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt％，sn：8wt％，mn：13wt％-17wt％，b：0.1wt％，余量為銅。

14、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt％，sn：8wt％，mn：18wt％-22wt％，b：0.1wt％，余量為銅。

15、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的室溫磁性能為15emu/g，居里溫度為360k，維氏硬度為245hv，矯頑力最小為9oe，剩余磁化強(qiáng)度小于1emu/g，電阻率為1×10-7ω·m。

16、進(jìn)一步地，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金50hz、5khz、10khz時(shí)的頻率特性體現(xiàn)為：低頻時(shí)磁化率較高，主要由磁疇壁運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)。隨著頻率增加，磁化率逐漸下降，磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和渦流損耗成為主導(dǎo)。材料特性和外部條件(溫度、磁場(chǎng))對(duì)頻率特性有顯著影響。通過調(diào)控合金的成分和微觀結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化其交流磁化率的頻率特性，滿足不同應(yīng)用需求。

17、一種如上所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的制備方法，包括以下步驟：

18、首先，按照cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比稱取原料，采用真空電弧熔煉制得磁性銅合金鑄錠；

19、其次，將磁性銅合金鑄錠放入真空退火爐中第一次退火，退火溫度為800℃，保溫時(shí)間為1.5h，然后隨爐冷卻至室溫；

20、再次，將第一次退火后的磁性銅合金鑄錠進(jìn)行軋制，總壓下量為20％-25％，軋制后送入真空退火爐中進(jìn)行第二次退火，第二次退火溫度為500℃，保溫時(shí)間為1.5h，然后隨爐冷卻至室溫；

21、最后，將第二次退火后的磁性銅合金鑄錠通過甩帶機(jī)甩出薄帶，將磁性銅合金薄帶送入真空退火爐中進(jìn)行第三次退火，第三次退火溫度為500℃，保溫時(shí)間為1.5h，然后隨爐冷卻至室溫，制得cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金薄帶。

22、本發(fā)明的有益效果在于：

23、(1)通過調(diào)整合金成分的配比，使得cu-ni-sn-mn-b合金具有良好的磁性能以及合適的居里溫度；

24、(2)本發(fā)明在確定了磁性合金成分以后，通過軋制工藝配合熱處理工藝，改善合金性能；

25、(3)本發(fā)明提供的磁性合金所需原材料cu、ni、sn、mn、b價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，無毒且導(dǎo)熱性能好，性能穩(wěn)定性好；

26、(4)本發(fā)明采用常規(guī)的熔煉設(shè)備制備合金，工藝過程簡(jiǎn)單易行，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的化學(xué)分子式為：cuyni15sn8mnxb0.1，式中x、y為質(zhì)量百分比，其中，0≤x≤22wt%，56.9wt%≤y≤76.9wt%，并且x+y+15wt%+8wt%+0.1wt%=100wt%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其質(zhì)量百分比為：ni：15wt%，sn：8wt%，mn：3wt%-7wt%，b：0.1wt%，余量為銅。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt%，sn：8wt%，mn：8wt%-12wt%，b：0.1wt%，余量為銅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt%，sn：8wt%，mn：13wt%-17wt%，b：0.1wt%，余量為銅。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的組成及其原子百分比為：ni：15wt%，sn：8wt%，mn：18wt%-22wt%，b：0.1wt%，余量為銅。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金，其特征在于，所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的室溫磁性能為15emu/g，居里溫度為360k，維氏硬度為245hv，矯頑力最小為9oe，剩余磁化強(qiáng)度小于1emu/g，電阻率為1×10-7ω·m。

7.一種如權(quán)利要求1~6任一所述cu-ni-sn-mn-b磁性銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種Cu?Ni?Sn?Mn?B磁性銅合金及其制備方法，屬于磁性有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，解決Cu?Ni?Sn合金性能不足的技術(shù)問題，解決方案為：磁性銅合金的化學(xué)分子式為Cu<subgt;y</subgt;Ni<subgt;15</subgt;Sn<subgt;8</subgt;Mn<subgt;x</subgt;B<subgt;0.1</subgt;，制備方法包括以下步驟：首先，稱取原料并采用真空電弧熔煉，制得磁性銅合金鑄錠；其次，磁性銅合金鑄錠第一次退火；再次，將第一次退火后的磁性銅合金鑄錠進(jìn)行軋制，軋制后進(jìn)行第二次退火；最后，將第二次退火后的磁性銅合金鑄錠通過甩帶機(jī)甩出薄帶，將磁性銅合金薄帶送入真空退火爐中進(jìn)行第三次退火，制得Cu?Ni?Sn?Mn?B磁性銅合金薄帶。本發(fā)明制備的磁性銅合金具有良好的磁性能、合適的居里溫度、無毒且導(dǎo)熱性能好。

技術(shù)研發(fā)人員：陳峰華,楊豐楠,馬步洋,梁艷,張敏剛,王皓,周波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15