铜合金、铜合金的制备方法、铜管.pdf

本发明提供了一种铜合金、铜合金的制备方法、铜管，其中，所述铜合金中，含有微量元素与磷脱氧铜成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。所述锡占所述铜合金总重量百分比的0.1～2.0％。所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量百分比的0.05～1.0％。在本发明提供的铜合金中，由于包含有微量元素锡与磷脱氧铜形成的α固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，进而，使采用这种铜合金的铜管的耐压力有很大的提高。

1、  一种铜合金，其特征在于，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。

2、  根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1～2.0％。

3、  根据权利要求2所述的铜合金，其特征在于，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05～1.0％。

4、  一种铜合金的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
预加热至少包括锡的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；
将所述微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中；
在所述微量元素均匀分布后，进行铸造、冷却，以形成含有α固溶体的铜合金。

5、  根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步为：
将占待制备合金总重量百分比为0.1～2.0％的锡添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。

6、  根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述微量元素还包括锌，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步还包括：
将占待制备合金总重量百分比为0.05～1.0％的锌添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。

7、  一种铜管，所述铜管的材料为铜合金，其特征在于，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。

8、  根据权利要求7所述的铜管，其特征在于，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1～2.0％。

9、  根据权利要求8所述的铜管，其特征在于，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05～1.0％。

铜合金、铜合金的制备方法、铜管
技术领域
本发明涉及有色金属材料，尤其涉及一种铜合金、铜合金的制备方法、铜管。
背景技术
空调制冷用铜管(简称空调管)是专门用于诸如空调器等制冷系统热交换器的管材，这种管材包括光面管和带有不同内外表面形状的管材，如内螺纹管、翅片管等。
现有空调制冷用铜管的材料为磷脱氧铜，其软态常温下抗拉强度在205N～255MP，其包含两个牌号：TP₁、TP₂，各个组分的组成按重量百分比计分别为：TP₁含铜Cu≥99.9％，含磷P 0.004～0.012％；TP₂含Cu≥99.9％，含磷为0.015～0.040％。在这两种磷脱氧铜中，Sn元素含量均在0.005％以下，Zn元素含量在0.001％以下。
该两个牌号的磷脱氧铜虽然具有良好的韧性、焊接性能、一定的强度、致密度以及耐蚀性；但是，鉴于以下三个原因：
其一：目前，空调制冷行业用管材正向小克重、薄壁化节约材料方向发展；管壁越薄，其耐压力越小，由此将导致采用该管材的设备的使用寿命及可靠性的降低。
其二：环保型高压制冷剂开发应用，对系统用传热管材的耐压能力提出了更高要求；例如，在家用空调行业，目前普遍使用的制冷剂是HCFC-R22，它作为制冷剂已应用了几十年，对臭氧层有一定破坏作用，相比之下，环保型的新冷媒R407c、R410a对臭氧层的破坏率则为零，而且制冷、制热效率高，被国际制冷界认为是目前家用空调的最佳冷媒。而且这种新冷媒也易于实现空调系统的小型化，在一定程度上也节约了材料和制造费用。但是，对环保型的新冷媒R407c、R410a而言，制冷系统的高压为3.0MP，低压为：1.2MP，而在同样的情况下，该压力为传统型的“老冷媒”R22的1.5倍。
其三：近年来，由于人类对于大气污染的关注越来越强烈，对制冷剂的环境污染指标要求越来越高，这使得，空调中常用得制冷剂的使用受到极大得限制，采用无公害制冷剂得呼声越来越高。因此寻找一种对大气无污染，并且热力学性质又满足要求得制冷剂工质的任务就显得相当紧迫。在所考察的各种制冷剂工质中，CO₂由于其得天独厚的条件就成为汽车空调制冷剂替代工质的首选。但是，CO₂作为空调制冷剂的一大缺点是，系统必须在很大的压力下才能工作——比传统系统高5倍，而在高压下操作显然对空调管的耐压力提出了挑战。
综上所述，随着薄壁、新冷媒以及天然工质的出现对空调管的耐压力提出了更高的要求，但是由于制备现有磷脱氧铜制备的空调管，其本身耐压力过低，从而导致以其为材料制备的管材不能很好的满足空调业的使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高耐压能力的铜合金材料，基于该铜合金材料制成的铜管，可以克服磷脱氧铜管耐压力过低的缺陷。
为了解决上述问题，本发明公开了一种铜合金，所述铜合金中，含有微量元素与磷脱氧铜成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。
优选地，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1～2.0％。
优选地，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05～1.0％。
另一方面，本发明公开了一种铜合金的制备方法，包含如下步骤：
预加热至少包括锡的微量元素，以去除所述微量元素中的水分；将所述微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中；在所述微量元素均匀分布后，进行铸造、冷却，以形成含有α固溶体的铜合金。
优选地，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步为：将总重量百分比为0.1～2.0％的锡添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。
优选地，所述微量元素还包括锌，所述将微量元素添加至熔化的磷脱氧铜溶液中进一步还包括：将总重量百分比为0.05～1.0％的锌添加至熔化的磷脱氧铜溶液中。
另一方面，本发明公开了一种铜管，所述铜合金包含有微量元素与磷脱氧铜形成的α固溶体，所述微量元素至少包括锡。
优选地，所述锡占所述铜合金总重量的百分比为0.1～2.0％。
优选地，所述微量元素还包含锌，所述锌占所述铜合金总重量的百分比为0.05～1.0％。
与现有技术相比，在本发明提供的铜合金中，由于包含有微量元素锡与磷脱氧铜形成的α固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，从而，使采用这种合金的铜管的耐压力有很大的提高。
附图说明
图1是根据本发明铜合金制备方法实施例的步骤流程图；
图2是根据本发明铜合金制备方法实施例的详细步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明利用微合金化原理，以磷脱氧铜为基体，通过添加适量微量元素，使之在基体中形成α固溶体，通过固溶强化作用，增强铜合金的抗拉强度，从而，使采用这种合金的铜管的耐压力有很大的提高。
在磷脱氧铜中加入锡(Sn)元素，通过固溶强化，有效的改善合金的力学性能，但如果Sn的总重量百分比低于0.1％，固溶强化的效果与现有技术相比没有优势，但如果超过2.0％，制备的材料抗拉强度虽然得到了增强，但是，该材料的属性却给空调管材的加工带来了很大的难度，亦即不适合采用这样的配比来制备管材，因此，综合考虑和比较，本发明确定Sn元素的重量百分比含量为0.1～2.0％。
在磷脱氧铜中加入锌(Zn)元素，可以进一步进行固溶强化，改善合金的力学性能，并且，加入Zn元素，还具有细化晶粒的作用，这样，也可以使材料的力学性能得到改善。若Sn的含量为0.1％，加入的Zn的含量应为1.0％，若Sn的含量为2.0％，加入的Zn的含量应为0.05％，也就是说，在所加入的锡的百分比含量控制在0.1～2.0％的范围内时，应加入含量为0.05～1.0％范围的锌，相对于只添加锡元素，都能够在起到合金改善性能的作用。
下面，将具体描述本发明铜合金的不同的实施例。
实施例一：
一种铜合金，包含按重量百分比为0.01～2.0％的Sn元素的磷脱氧铜合金，元素Sn在所述磷脱氧铜基体中形成α固溶体。
通过以磷脱氧铜为基体溶剂，根据铸造炉容量，添加0.1～2.0％溶质金属Sn，使溶质元素固溶在基体中，使铜合金化，由于晶体间变形阻力增加，最终产生固溶强化的效果。
为了进一步改善铜合金的力学性能，还可以通过磷脱氧铜原材料来进一步控制其他元素的含量：0.004％以下的S，0.004％以下的O，0.01～0.05％之间的P，其余是Cu和杂质，进一步地，可以控制杂质中Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06％。
在这里，需要说明的是，Zn或Sn元素在铜合金中，与铜形成α固溶体，并不存在单质形态的Zn或者Sn了，但是可以通过检测的方法，测得其中的锌或锡的含量。
经测试，本发明所提供的铜合金制成的空调管材抗拉强度均大于260MPa，延伸率40％以上，平均晶粒尺寸在0.015～0.035mm之间，而磷脱氧铜制成的管材的抗拉强度在230～240MPa。经过批量实验验证，使用本发明所提供的铜合金所制成的相同规格的管材，其耐压值明显高于磷脱氧铜的耐压值。并且，使用本发明所提供的铜合金制成的管材，相对于磷脱氧铜管制成的管材，在满足正常的工作压力的前提下，管壁可以减薄15％以上，节材效果十分明显。
下面给出：按照重量百分比为0.1～2.0％的Sn，0.004％以下的S，0.004％以下的O，0.01～0.05％之间的P，其余是Cu和杂质，其中，Fe、Ni、Cr、Ag、Pb、Al以及Bi等元素，其重量百分比总和不超过0.06％的配方，制备的铜合金管。在室温下(20℃左右)检测的软态(经过退火后)试样，其抗拉强度如下表所示：