Ein Überblick über die Forschung und Anwendung von Kupfer-Nickel-Legierungen, einschließlich Forschung zu Klassifizierung, Eigenschaften und Anwendungen sowie Leistungsanforderungen von Kupfer-Nickel-Legierungen
Zusammenfassung: Die rasante Entwicklung der Schifffahrtsindustrie hat zu steigenden Anforderungen an Anwendungsmaterialien für den Schiffsbau geführt, darunter Weißkupfer, das in Schiffen, einigen Kraftwerken und bei der Meerwasserentsalzung weit verbreitet ist. Da es langfristig der Erosion und Korrosion durch Meerwasser ausgesetzt ist, kommt es zu Korrosionsschäden, wenn die Korrosionsbeständigkeit nicht den Nutzungsanforderungen entspricht, was zu enormen Verlusten führt. Daher hat Weißkupfer aufgrund seiner guten Meerwasserkorrosionsbeständigkeit (insbesondere guter Erosionskorrosionsleistung) und Korrosionsermüdungsbeständigkeit, seiner hervorragenden Kalt- und Warmverarbeitungsleistung sowie seiner hohen Zugfestigkeit, Streckgrenze und anderen Eigenschaften zunehmend Aufmerksamkeit erregt.
Schlüsselwörter: weißes Kupfer; Komposition; Korrosionsbeständigkeit; Anwendung
CTL-Klassifizierungsnummer: TG146.15 Dokumentencode: A
Mit der Entwicklung der Schifffahrtsindustrie hat sich die Materialauswahl von Meerwasserkühlsystemen vom frühen TUP-Kupfer, Aluminiummessing und Edelstahl zur aktuellen Kupfer-Nickel-Legierung mit besserer Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion weiterentwickelt. Weißes Kupfer verwendet Nickel als Hauptelement und enthält eine kleine Menge Fe, Mn und andere Elemente, um eine kontinuierliche einphasige feste Lösung zu bilden, die ihm eine gute Duktilität, Schlagfestigkeit und thermische Stabilität verleiht. Gleichzeitig verhindert die unendliche feste Lösung von Kupfer und Nickel die Phasenumwandlung bei der späteren Warm- und Kaltverarbeitung und hat daher kaum Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der Legierung. Dieser Artikel stellt verschiedene weiße Kupferlegierungen und ihre Anwendungen vor und fasst den Forschungsfortschritt von Kupfer-Nickel-Legierungen zusammen. Abbildung 1 zeigt das Offshore-Plattformsystem und Abbildung 2 zeigt die Materialleistungsanforderungen.
1. Klassifizierung von Kupfer-Nickel-Legierungen
Tabelle 1 zeigt die Qualität und Elementzusammensetzung der Kupfernickellegierung. Cupronickel kann in Mangan-Cupronickel, Eisen-Cupronickel, gewöhnliches Cupronickel, Aluminium-Cupronickel und Zink-Cupronickel unterteilt werden. Aufgrund des unterschiedlichen Gehalts des Ni-Elements sind seine Eigenschaften unterschiedlich und auch die Anwendungsfälle sind unterschiedlich. anders. Aufgrund seiner unersetzlichen Korrosionsbeständigkeit und vielen Eigenschaften, die herkömmlichen Legierungen überlegen sind, verfügt es über ein großes Anwendungspotenzial.
2. Eigenschaften und Anwendungen von Kupfer-Nickel-Legierungen
Gewöhnliches Weißkupfer ist im Allgemeinen eine strukturelle Kupfer-Nickel-Legierung. Neben seiner hohen Korrosionsbeständigkeit verfügt es auch über gute umfassende mechanische Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen, also eine gute Plastizität und Zähigkeit. Es wird im Allgemeinen in Form von Stäben oder Streifen verwendet. Gleichzeitig können durch die Zugabe einiger Spurenlegierungselemente wie Fe, Mn, Zn und Al auf der Basis von gewöhnlichem Weißkupfer besondere Leistungsanforderungen in praktischen Anwendungen erfüllt und industrielle Anforderungen besser erfüllt werden. Das am häufigsten verwendete Eisen-Nickel-Kupfer ist BFe10-1-1 (C70600) und
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BFe30-1-1 (C71500): Wenn der Massenanteil von Ni zwischen 30 % und 10 % liegt, weist die Legierung einen größeren Passivierungsbereich und die beste Korrosionsbeständigkeit auf. Die Legierung weist außerdem eine äußerst hohe Beständigkeit gegen Meerwassererosion und Korrosion auf und wird als „Legierung für den Schiffsbau“ bezeichnet. Die Hauptanwendungen von Kupfer und Kupferlegierungen im Bereich der Schiffstechnik sind in Tabelle 2 dargestellt.
BFe10-1-1- und BFe{1}}-Legierungen haben die Vorteile einer guten Beständigkeit gegen Meerwassererosion und -korrosion, eines hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, ausgezeichneter mechanischer/Schweißeigenschaften, einer Hemmung der mikrobiellen Adhäsion im Meer usw. und werden häufig verwendet in Haupt- und Hilfsmotoren von Schiffen. Kühlwasserleitungen, Brandschutzleitungen auf Offshore-Ölförderplattformen, Wärmetauscher in Kraftwerken, Kondensatoren in Küstenkernkraftwerken und Soleerhitzer in mehrstufigen Flash-Verdampfungsanlagen zur Meerwasserentsalzung [2-4]. Gleichzeitig weist die BFe30-1-1-Legierung eine höhere Festigkeit auf und wird auch in hochfesten Strukturteilen wie Wellen, Befestigungselementen, Ventilschäften und Flanschen einiger Schiffsgeräte verwendet. Die BFe30-2-2-Legierung, die gegen Meerwassererosionskorrosion und Sandkorrosionsbeständigkeit beständig ist, wurde entwickelt, um das Problem des hohen Sandgehalts im Meerwasser im Ostchinesischen Meer zu bewältigen [5]. BFe10-1-1
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Die mechanischen Eigenschaften von Rohren aus BFe{0}}-Legierung im harten Zustand sollten Folgendes erfüllen: Zugfestigkeit größer oder gleich 370 MPa, Streckgrenze größer oder gleich 150 MPa, Dehnung größer oder gleich 18 %, Vickershärte größer oder gleich 85; Korrosionsbeständigkeit: Korrosionsmenge (50 Grad, 3,5 % NaCl-Meerwasser) Weniger als oder gleich 0,025 mm/a, Lochfraß ist nicht zulässig. Manganweißkupfer (BMn3-12-Legierung) hat einen moderaten Widerstandskoeffizienten, einen kleinen Widerstandstemperaturkoeffizienten und ist relativ stabil. Aufgrund ihrer guten elektrischen Eigenschaften kann die BMn3-12-Legierung zur Herstellung von Standardwiderständen und Widerstandskomponenten anderer Präzisionsinstrumente verwendet werden. Mit der Entwicklung der Zeit werden die Anforderungen an die Präzision von Instrumenten immer höher, sodass die Forschung zu dieser Legierung nicht bei der Änderung der Legierungszusammensetzung und des Legierungsgehalts bleiben kann [6]. Durch Glühen, horizontales Extrusionsversagen und Ziehprozesse weist die BMn3-12-Legierung spezielle kohärente Zwillingsgrenzen auf, die die Festigkeit des Materials verbessern können, ohne die Leitfähigkeit des Materials zu beeinträchtigen. Die BMn40-1.5-Legierung ist eine elektrische Kupfer-Nickel-Legierung, die früher als die BMn3-12-Legierung verwendet wurde. Aufgrund seines kleineren Temperaturkoeffizienten weist es eine bessere Wärmebeständigkeit auf und kann in einem größeren Temperaturbereich eingesetzt werden. Im Vergleich zur BMn3-12-Legierung weist die BMn40-1.5-Legierung ein höheres thermoelektrisches Potenzial gegenüber Kupfer auf und eignet sich daher für Präzisionswiderstände, Schiebewiderstände, Start- und Regeltransformatoren sowie Dehnungsmessstreifen für Wechselstrom [8 ]. Aluminium-Nickel-Kupfer weist sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine gute Plastizität und Zähigkeit auf. Unter diesen wird die BAl13-3-Legierung häufig zur Herstellung korrosionsbeständigerer Teile mit höherer Festigkeit verwendet, und die BAl16-1.5-Legierung wird zur Herstellung von Flachfedern mit wichtigen Anwendungen verwendet. Um die Leistung von Aluminium-Nickel-Kupfer zu verbessern, wird seit langem häufig eine kleine Menge Spurenelemente zugesetzt, um eine verstärkte Matrix aus Aluminium-Nickel-Kupfer zu erzeugen, die eine gute Leitfähigkeit aufweist und gleichzeitig eine hohe Festigkeit beibehält, um den Anforderungen praktischer Anwendungen gerecht zu werden . Da Aluminium-Nickel-Kupfer eine hohe Festigkeit, hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Verschleißfestigkeit aufweist, kann es als potenzielles Material für Leadframes und verschleißfeste Teile verwendet werden [9-11].
Zink-Kupfer-Nickel (BZn18-18BZn15-20-Legierung) wird auch „Neusilber“ genannt [12]. Da Zink-Nickel-Kupfer die Vorteile einer guten Zugfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, wird es hauptsächlich als Gehäuse für Komponenten oder Kristalle, medizinische Geräte, Baumaterialien und Blasinstrumentengehäuse verwendet [13].
