权利要求
2.如权利要求1所述的铜镍锡合金，其特征在于，单位体积内50%以上所述第一析出相最大宽度为1-3μm。
3.如权利要求1所述的铜镍锡合金，其特征在于，所述第一析出相为Ni6.67SnB2。
4.如权利要求1所述的铜镍锡合金，其特征在于，所述铜镍锡合金还包括DO22析出相和L12析出相，其中，所述DO22析出相占比与所述L12析出相占比的比值为0.6-1.5。
5.如权利要求4所述的铜镍锡合金，其特征在于，所述DO22析出相的最大宽度为15-30纳米，所述L12析出相的最大宽度为30-50纳米。
6.如权利要求4所述的铜镍锡合金，其特征在于，70%以上的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，70%以上的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部。
7.如权利要求1所述的铜镍锡合金，其特征在于，所述基体相的平均晶粒尺寸为15-40μm。
8.如权利要求1-7所述任一项的铜镍锡合金，其特征在于，包括如下元素的重量百分比的组分：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
9.权利要求1-8任一项所述铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原材料准备：将原材料按照以下元素的重量百分比进行配料：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质;
2)真空熔炼：将步骤1)的原材料置于真空熔炼炉中，真空熔炼炉内压力≤1×103Pa，随后充入保护气体;
3)浇铸：采用底注式铸造方法，将步骤2)的合金液浇注到预热300-400℃的铸铁模具中;
4)均匀化处理：将步骤3)的铸锭放入加热炉中，进行均匀化处理;
5)热轧：将经均匀化处理后的合金块进行热轧;
6)固溶处理：将轧制铜镍锡合金进行固溶处理;
7)时效处理：将固溶淬火后的铜镍锡合金进行时效处理。
10.如权利要求9所述的铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，在步骤7)中：所述时效处理步骤如下：
1)激光时效处理，时效处理温度380-450℃，时效处理时间25-35s;
2)中频感应加热时效处理，时效处理温度500-520℃，时效处理时间1.5-2.5min;
3)低温慢处理时效处理，时效处理温度580-620℃，时效处理时间1-1.5h。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属合金材料技术领域，尤其是涉及一种高强度、高弹性、耐腐蚀的铜镍锡合金及其制备方法。
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，铜镍锡合金因其无毒性、生产安全性以及优异的机械性能而受到广泛关注，并被视为铍青铜合金的潜在替代品。铜镍锡合金是一种重要的铜基合金，铜镍锡合金作为一种重要的工程材料，在海洋工程、航空航天、电子电器等众多领域有着广泛的应用。
[0003]在现代工业的众多领域，如电子、电气、航空航天以及高端装备制造等，对高性能金属材料的需求持续增长且要求日益严苛，现有技术的铜镍锡合金，内部存在不连续沉淀持续析出的问题，这使得铜镍锡合合金的力学性能及耐腐蚀性无法进一步提升，限制了其在关键部件中的应用。
[0004]因此，研发一种力学性能优异及耐腐蚀性能优异的铜镍锡合金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
[0005]基于此，本申请的主要目的是提供一种铜镍锡合金及其制备方法，通过在基体相的晶界处形成第一析出相，并控制第一析出相的最大宽度以及在基体相的晶界处的量，进而抑制沉淀物从晶界析出，以解决铜镍锡合金内部存在不连续沉淀持续析出的问题，从而提高铜镍锡合合金的力学性能及耐腐蚀性。
[0006]为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种铜镍锡合金，至少包括基体相和第一析出相，所述第一析出相的最大宽度为0.5-5μm，且单位体积内20%-60%的所述第一析出相位于所述基体相的晶界处。
[0007]在其中一个实施例中，单位体积内50%以上所述第一析出相最大宽度为1-3μm。
[0008]在其中一个实施例中，所述第一析出相为Ni6.67SnB2。
[0009]在其中一个实施例中，所述铜镍锡合金还包括DO22析出相和L12析出相，其中，所述DO22析出相占比与所述L12析出相占比的比值为0.6-1.5。
[0010]在其中一个实施例中，所述DO22析出相的最大宽度为15-30纳米，所述L12析出相的最大宽度为30-50纳米。
[0011]在其中一个实施例中，70%以上的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，70%以上的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部。
[0012]在其中一个实施例中，所述基体相的平均晶粒尺寸为15-40μm。
[0013]在其中一个实施例中，所述铜镍锡合金包括如下元素的重量百分比的组分：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0014]第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的铜镍锡合金的制备方法，所述铜镍锡合金的制备方法包括以下步骤：
[0015]1)原材料准备：将原材料按照以下元素的重量百分比进行配料：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0016]2)真空熔炼：将步骤1)的原材料置于真空熔炼炉中，真空熔炼炉内压力≤1×103Pa，随后充入保护气体。
[0017]3)浇铸：采用底注式铸造方法，将步骤2)的合金液浇注到预热300-400℃的铸铁模具中。
[0018]4)均匀化处理：将步骤3)的铸锭放入加热炉中，进行均匀化处理。
[0019]5)热轧：将经均匀化处理后的合金块进行热轧。
[0020]6)固溶处理：将轧制铜镍锡合金进行固溶处理。
[0021]7)时效处理：将固溶淬火后的铜镍锡合金进行时效处理。
[0022]在其中一个实施例中，在步骤7)中：所述时效处理步骤如下：
[0023]1)激光时效处理，时效处理温度380-450℃，时效处理时间25-35s;
[0024]2)中频感应加热时效处理，时效处理温度500-520℃，时效处理时间1.5-2.5min;
[0025]3)低温慢处理时效处理，时效处理温度580-620℃，时效处理时间1-1.5h。
[0026]相比于现有技术，本发明的有益效果在于：通过在基体相的晶界处设置第一析出相，并控制第一析出相的最大宽度为0.5-5μm以及单位体积内20%-60%的第一析出相位于基体相的晶界处，使得第一析出相优先占据不连续沉淀的成核位点，在热处理过程中，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出，同时可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0027]另一方面，通过在基体相的晶界处形成第一析出相，消耗大量锡原子，减缓DO22相转变为L12相，进而减缓DO3相的生成，从而抑制DO3相在晶界处不连续沉淀，同时第一析出相可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0029]图1为本发明实施例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图(1500X);
[0030]图2为本发明实施例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图(2500X);
[0031]图3为本发明实施例中铜镍锡合金的制备方法的步骤流程图;
[0032]图4为本发明实施例中铜镍锡合金的制备方法中步骤S70的具体步骤流程图;
[0033]图5为对比例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图(1500X);
[0034]图6为对比例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图(2500X)。
[0035]其中，1、基体相;2、第一析出相。
具体实施方式
[0036]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作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。
[0037]在说明书和权利要求书的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
[0038]此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二等仅用于区别相同技术特征的描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0039]请参见图1和图2，图1和图2分别是本发明实施例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图放大1500X和2500X。在本发明中，铜镍锡合金至少包括基体相1和第一析出相2，所述第一析出相2的最大宽度为0.5-5μm，且单位体积内20%-60%的所述第一析出相2位于所述基体相1的晶界处。在铜镍锡合金中，基体相1是合金的连续相和结构主体，并为析出相的形核与生长提供载体，与纯铜的晶体结构相同，但溶入了镍、锡等原子。通过在基体相1的晶界处形成第一析出相2，并控制第一析出相2的最大宽度为0.5-5μm以及单位体积内20%-60%的第一析出相2位于基体相1的晶界处，使得第一析出相2优先占据不连续沉淀的成核位点，在热处理过程中，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出，同时可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。其中，上述第一析出相2的最大宽度是指任意截面或俯视角度的内轮廓最大宽度。
[0040]需要说明的是，第一析出相2的最大宽度为0.5-5μm，通过限定第一析出相2的最大宽度为0.5-5μm，使得第一析出相2的最大宽度在合适的范围，一方面，不会因为第一析出相2的最大宽度太大，当铜镍锡合金受到外力作用，出现应力集中，导致铜镍锡合金容易开裂，影响品质可靠性;另一方面，不会因为第一析出相2的最大宽度太小，过小的析出相可能被位错直接切割，无法达到增强铜镍锡合金力学性能的效果。因此，将第一析出相2的最大宽度限定为0.5-5μm，既能避免尺寸太大出现应力集中，也能避免尺寸太小，易被位错运动切割，从而使得铜镍锡合金的力学性能大幅度提升。可选地，第一析出相2的最大宽度可以是0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.7μm、3μm、3.4μm、4μm、4.5μm或5μm中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。
[0041]需要说明的是，单位体积内20%-60%的第一析出相2位于基体相1的晶界处。在铜镍锡合金形成过程中，时效处理，过饱和锡原子和其他原子在基体缺陷(空位、位错)处形核，通过共格应变或位错切割提升合金强度;另一部分锡原子和其他原子在在晶界处均匀析出，优先占据不连续沉淀的成核位点，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出。因此，限定单位体积内20%-60%的第一析出相2位于基体相1的晶界处，一方面，不会因为第一析出相2位于基体相1的晶界处的数量太少，而使得大量的锡原子占据成核位点，偏聚在晶界处，形成不连续沉淀，使得晶界变宽，导致铜锡镍合金的力学性能和耐腐蚀性显著下降;另一方面，不会因为第一析出相2位于基体相1的晶界处的数量太多，而导致基体相1中的第一析出相2数量太少，无法达到增强铜镍锡合金力学性能的效果。因此，将第一析出相2位于基体相1的晶界处的占比限定位单位体积内20%-60%，既能有效占据不连续沉淀的成核位点，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出，也能保证铜锡镍合金优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，使得铜镍锡合金在电子、电气、航空航天以及高端装备制造等关键部件中得到广泛应用。可选地，第一析出相2位于基体相1的晶界处的占比可以是20%、30%、35%、40%、50%、55%或60%中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。
[0042]优选地，在本发明实施例中，第一析出相2为Ni6.67SnB2。
[0043]优选地，在本发明实施例中，铜镍锡合金中，单位体积内50%以上所述第一析出相2最大宽度为1-3μm。将第一析出相2最大宽度进一步限定为1-3μm，既能进一步降低尺寸太大出现应力集中的风险，也能降低尺寸太小易被位错运动切割的风险，从而使得铜镍锡合金的力学性能更进一步提升。同时，将第一析出相2最大宽度为1-3μm的占比限定为50%以上，不会因为占比太低，而无法实现以上增强的效果。因此，将第一析出相2最大宽度为1-3μm的占比限定为50%以上，有利于进一步提升铜镍锡合金的力学性能。
[0044]进一步地，铜镍锡合金还包括DO22析出相和L12析出相。其中，所述DO22析出相的占比与所述L12析出相的占比的比值为0.6-1.5。DO22析出相和L12析出相是两种重要的有序析出相，DO22析出相是四方有序结构，低温和高Sn条件下，通过调幅分解或缺陷形核生成，与基体相1共格，产生强应变场，阻碍位错运动，显著提升铜镍锡合金的强度，但过量的DO22析出相会导致位错塞积，引发脆性断裂，塑性降低。L12析出相是面心立方有序结构，在高温+低Sn或整个DO22析出相3重构时形成的，高对称性，位错切割形成反相畴界，强度稍低但塑性更好。因此，将DO22析出相在基体相1中的占比与所述L12析出相在基体相1中的占比的比值限定在0.6-1.5，一方面不会因为DO22析出相占比过少，阻碍位错运动的效果不明显，而导致铜镍锡合金的强度大幅度下降;另一方面，也不会因为DO22析出相占比过多，L12析出相占比过少，导致位错塞积，引发脆性断裂，塑性降低;因此，通过将DO22析出相的占比与所述L12析出相的占比的比值限定为0.6-1.5，使得DO22析出相与L12析出相处于合适的范围，使得增强铜镍锡合金强度的同时，合金的塑性形变明显提升，突破铜合金的性能瓶颈，使得铜镍锡合金在电子、电气、航空航天以及高端装备制造等关键部件中得到广泛应用。可选地，比值可以是0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.4、1.5或1.6中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。另外，当DO22相转变为L12相时，需要消耗基体1中的锡原子，进一步的时效会使L12相逐渐转变为DO3相，DO3相以非共格界面与基体结合，且优先在晶界处形核并向晶内生长，形成片层状的不连续沉淀。这种沉淀导致晶界弱化，合金强度和韧性显著下降。因此，第一析出相2的形成，消耗了大量锡原子，减缓DO22相转变为L12相，进而减缓DO3的生成，从而抑制DO3相在晶界处不连续沉淀，同时第一析出相可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0045]进一步地，在本发明实施例中，所述DO22析出相的最大宽度为15-30纳米。纳米级DO22析出相与基体共格应变场叠加，显著阻碍位错运动，强度可达理论极限。通过将DO22析出相的最大宽度限定为15-30纳米，一方面，不会因为DO22析出相尺寸过小，被位错直接切割，强度增幅减缓甚至下降，同时不会因为DO22析出相尺寸过小，直接转变为非平衡相，而非L12析出相，甚至在晶界处析出纳米化DO22析出相可能诱发晶界滑移或蠕变，导致强度增加幅度明显下降，影响铜镍锡合金的广泛应用。另一方面，不会因为DO22析出相尺寸过大，导致与基体相1共格性丧失，应变场减弱，阻碍位错运动的力变小，使得铜镍锡合金的强度降低。因此，将DO22析出相的最大宽度限定为15-30纳米，可以避免被位错直接切割，导致强度增幅减缓甚至下降，也可以避免与基体相1共格性丧失，应变场减弱，导致阻碍位错运动的力变小，进而使得铜镍锡合金的强度处于较高水平。可选地，DO22析出相的最大宽度可以是15nm、20nm、25nm或30nm中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。
[0046]进一步地，在本发明实施例中，所述L12析出相的最大宽度为30-50纳米。通过将所述L12析出相的最大宽度限定为30-50纳米，一方面，不会因为尺寸过小，产生过强切割阻力，导致合金变脆;另一方面，不会因为尺寸过大，与基体相1共格性丧失，削弱合金的强化效果;因此，将所述L12析出相的最大宽度限定为30-50纳米，能够平衡合金的强度与塑性，使得合金具有优异的力学性能。可选地，L12析出相的最大宽度可以是30nm、35nm、40nm、45nm或50nm中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。
[0047]值得说明的是，在本发明实施例中，70%以上的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，70%以上的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部。通过调控表层与心部的DO22析出相与L12析出相的比例，可实现“外硬内韧”的梯度性能。表层DO22析出相占比70%以上，与基体相1形成共格，应变强化，可以抵抗磨粒磨损;心部L12析出相占比70%以上，位错切割形成反相畴界，塑性更好，抑制疲劳裂纹扩展，使得铜镍锡合金可突破传统均质材料的性能瓶颈，实现“外硬内韧”的跨尺度性能调控，特别适用于复杂工况下的多功能部件需求。
[0048]需要说明的是，70%以上的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，70%以上的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部，通过梯度时效、表面渗锡或选择性冷却中的至少一种方式实现。表面渗锡是采用磁控溅射在合金表面沉积2-5μm的Sn层，后续扩散退火350℃持续1h形成Sn浓度梯度，表层Sn≈9wt%，心部Sn≈5wt%。选择性冷却，是表层喷液氮急冷，冷却速率>1000℃/s，心部空气冷却，冷却速度10℃/s。梯度时效具体步骤如下：
[0049]1)激光时效：高能束局部加热380-450℃，时效处理时间25-35s，快速形成纳米DO22相，层深50-100μm。激光加热的温控精度需±5℃，层深波动<10μm。
[0050]2)感应加热：中频感应时效处理温度500-520℃，时效处理时间1.5-2.5min，形成DO22/L12混合过渡层200-300μm。感应加热的温控精度需±5℃，层深波动<10μm。
[0051]3)炉内时效：心部低温慢速处理温度580-620℃，时效处理时间1-1.5h，生成均匀L12相。
[0052]需要说明的是，在本发明实施例中，基体相1的平均晶粒尺寸为15-40μm。通过将基体相1的平均晶粒尺寸限定为15-40μm，一方面，不会因为晶粒尺寸过大，而导致合金脆化，降低合金力学性能，影响其使用。另一方面，不会因为晶粒尺寸过小，使得单位体积内晶界总面积显著增加，而导致腐蚀介质与合金界面充分接触，进而降低铜镍锡合金的耐腐蚀性。因此，将基体相1的平均晶粒尺寸限定为15-40μm，使得单位体积内晶界总面积显著减小，从而有效降低了腐蚀介质与合金界面的接触面积，能够显著抑制电化学反应中的离子迁移过程，减缓阳极溶解速率与阴极还原速率，实现合金腐蚀速率的大幅降低，显著提升材料的耐腐蚀性能。可选地，基体相1的平均晶粒尺寸可以是15μm、20μm、25μm、30μm、35μm或40μm中任意一个数值或任意两个数值组成的区间。
[0053]在其中一个实施例中，所述铜镍锡合金包括如下元素的重量百分比的组分：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。通过在铜中添加镍和锡可以使其在铜镍锡合金中形成调幅分解和有序相组织，从而提高铜镍锡合金的力学性能;同时，添加了硼元素，可以在晶界上和晶粒内析出第一析出相2，第一析出相2为Ni6.67SnB2相，并将硼元素的含量控制在上述范围内，能够有效调控铜镍锡合金时效过程中各析出相的析出行为，有效抑制不连续沉淀在晶界上的形核，进而提高合金的力学性能。
[0054]参阅图3，图3示出了本发明提供的一种铜镍锡合金的制备方法的步骤流程图，本发明实施例提供了一种铜镍锡合金的制备方法，制备方法包括如下步骤：
[0055]S10：原材料准备：将原材料按照以下元素的重量百分比进行配料：15.0-15.2wt%镍，8.0-8.2wt%锡，0.05-0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0056]S20：真空熔炼：将步骤S10的原材料置于真空熔炼炉中，真空熔炼炉内压力≤1×103Pa，随后充入保护气体。
[0057]S30：浇铸：采用底注式铸造方法，将步骤S20的合金液浇注到预热300-400℃的铸铁模具中。
[0058]S40：均匀化处理：将步骤S30的铸锭放入加热炉中，进行均匀化处理。
[0059]S50：热轧：将经均匀化处理后的合金块进行热轧。
[0060]S60：固溶处理：将轧制铜镍锡合金进行固溶处理。
[0061]S70：时效处理：将固溶淬火后的铜镍锡合金进行时效处理。
[0062]在步骤S10中，原材料为纯度为99.95%的铜、纯度为99.95%的镍、纯度为99.95%的锡和Cu-5B中间合金。
[0063]在步骤S20中，所述原材料包括铜、镍、锡，所述真空熔炼先将所述原材料加入真空熔炼炉中，然后在熔炼炉温度为1300℃时，加入Cu-5B中间合金，所述熔炼温度为1400-1500℃，所述熔炼时间为10-15min。通过控制熔炼温度和时间在上述范围内，可以保证各元素在熔体中均匀分布，从而提升增强铜镍锡硼合金的强度。
[0064]在步骤S40中，所述均匀化处理的升温速率为5-8℃/min，所述均匀化处理温度为800℃-900℃，所述处理时间为5-6h。通过控制均匀化处理温度和时间在上述范围内，可以消除凝固或高温加工过程中产生的微观成分不均匀性，使材料在整体上具有更一致的力学性能，同时，减少有害相的形成，降低了发生局部电偶腐蚀或晶间腐蚀的风险。
[0065]需要说明的是，所述均匀化处理采用保护气氛或可控气氛，防止氧化。所述均匀化处理冷却采用炉冷或空冷至室温。
[0066]在步骤S50中，所述热轧温度为800℃-920℃，所述热轧的压下率50%-70%。通过控制热轧温度和压下率在上述范围内，可以闭合内部孔洞，提高材料致密度，且使晶粒沿轧向延伸，再结晶，减少铸造导致的各向异性，进一步促进残留偏析元素的扩散均匀化，提升合金的力学性能，同时，热轧工艺通过动态再结晶机制促使晶粒发生显著粗化，晶粒粗化使得单位体积内晶界总面积显著减小，从而有效降低了腐蚀介质与合金界面的接触面积，能够显著抑制电化学反应中的离子迁移过程，减缓阳极溶解速率与阴极还原速率，实现合金腐蚀速率的大幅降低，显著提升材料的耐腐蚀性能。示例性地，通过一系列轧制通道实现压下率70%：13mm→11mm→9mm→7mm→5mm→3.9mm。
[0067]在步骤S60中，所述固溶处理温度为850-900℃，所述保温时间为4-5h。通过控制固溶处理温度和时间在上述范围，使得元素充分固溶至基体中，并消除加工中形成的粗大析出相，重置微观组织，消除应力。所述固溶处理采用保护气氛或可控气氛，防止氧化，避免表面贫锡，影响组织形态的转变。
[0068]需要说明的是，高温固溶处理后，立即进行冷却，冷却方式包括水淬或空冷中的至少一种。示例性地，高温固溶处理后，立即放入60℃的热水中进行淬火，淬火时间5min，锁定高温状态成分，获得亚稳态的过饱和固溶体，使溶质原子强制保留在基体中，以保证获得良好的固溶效果和组织形态。
[0069]在步骤S70中，所述时效处理的温度350-400℃，所述时效处理的时间为1.5-2.5h。通过控制时效处理温度和时间在上述范围，使得过饱和固溶体顺利析出纳米级强化相，并抑制有害相的析出，提升合金的强度、硬度和疲劳性能。
[0070]在一个实施例中，请参阅图4，步骤S70中，所述时效处理步骤如下：
[0071]S71：激光时效处理，时效处理温度380-450℃，时效处理时间25-35s;
[0072]S72：中频感应加热时效处理，时效处理温度500-520℃，时效处理时间1.5-2.5min;
[0073]S73：低温慢处理时效处理，时效处理温度580-620℃，时效处理时间1-1.5h。
[0074]通过采用阶梯分级时效处理的方法，调控表层与心部的DO22析出相与L12析出相的比例，使得表层DO22析出相占比70%以上，与基体相形成共格，应变强化，可以抵抗磨粒磨损;心部L12析出相占比70%以上，位错切割形成反相畴界，塑性更好，抑制疲劳裂纹扩展，使得铜镍锡合金可突破传统均质材料的性能瓶颈，实现“外硬内韧”的跨尺度性能调控，特别适用于复杂工况下的多功能部件需求。
[0075]需要说明的是，所述时效处理完成后，随炉冷却至室温，得到最终的铜镍锡合金材料。
[0076]本发明实施例提供的一种铜镍锡合金及其制备方法，有益效果在于：通过在基体相的晶界处形成第一析出相，并控制第一析出相的最大宽度为0.5-5μm以及单位体积内20%-60%的第一析出相位于基体相的晶界处，使得第一析出相优先占据不连续沉淀的成核位点，在热处理过程中，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出，同时可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0077]另一方面，通过在基体相的晶界处形成第一析出相，消耗大量锡原子，减缓DO22相转变为L12相，进而减缓DO3相的生成，从而抑制DO3相在晶界处不连续沉淀，同时第一析出相可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0078]为了体现本发明实施例提供的一种铜镍锡合金及其制备方法的有益效果，下面结合若干实施例与对比例进行说明。
[0079]实施例1：
[0080]一种铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：15.0wt%镍，8.0wt%锡，0.05wt%硼和余量铜及不可避免的杂质，包括基体相、第一析出相、DO22析出相和L12析出相，第一析出相为Ni6.67SnB2，最大宽度为3μm，单位体积内占比50%，且单位体积内20%的所述第一析出相位于基体相的晶界处;DO22析出相的最大宽度为20nm,L12析出相的最大宽度为30nm,且DO22析出相占比与L12析出相占比的比值为0.6，基体相的平均晶粒尺寸为25μm。
[0081]实施例2：
[0082]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：单位体积内40%的最大宽度为3μm的第一析出相位于基体相的晶界处。
[0083]实施例3：
[0084]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：最大宽度为3μm，单位体积内占比70%，且单位体积内60%的所述第一析出相位于基体相的晶界处。
[0085]实施例4：
[0086]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：最大宽度为3μm，单位体积内占比90%，且单位体积内60%的所述第一析出相位于基体相的晶界处。
[0087]实施例5：
[0088]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：DO22析出相占比与L12析出相占比的比值为1。
[0089]实施例6：
[0090]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：DO22析出相占比与L12析出相占比的比值为1.2。
[0091]实施例7：
[0092]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：70%的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，70%的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部。
[0093]实施例8：
[0094]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：90%的所述DO22析出相位于铜镍锡合金的表层，90%的所述L12析出相位于铜镍锡合金的心部。
[0095]实施例9：
[0096]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：铜镍锡合金由如下质量百分比的组分组成：15.0wt%镍，8wt%锡，0.1wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0097]实施例10：
[0098]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：铜镍锡合金由如下质量百分比的组分组成：15.0wt%镍，8wt%锡，0.15wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0099]实施例11：
[0100]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：铜镍锡合金由如下质量百分比的组分组成：15.1wt%镍，8wt%锡，0.1wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0101]实施例12：
[0102]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：铜镍锡合金由如下质量百分比的组分组成：15.1wt%镍，8.2wt%锡，0.1wt%硼和余量铜及不可避免的杂质。
[0103]对比例1：
[0104]一种铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：15.0wt%镍，8.0wt%锡和余量铜及不可避免的杂质，包括基体相、DO22析出相和L12析出相，DO22析出相的最大宽度为20nm,L12析出相的最大宽度为30nm,且DO22析出相占比与L12析出相占比的比值为0.6，基体相的平均晶粒尺寸为25μm。参见图5和图6，图5和图6分别是本对比例的一种铜镍锡合金的扫描电镜图放大1500X和2500X，本对比例未出现明显析出相，并且晶界处能观察到较为明显的不连续沉淀，并且不连续沉淀层厚在6.5微米左右。
[0105]对比例2：
[0106]一种铜镍锡合金，由如下质量百分比的组分组成：15.0wt%镍，8.0wt%锡和余量铜及不可避免的杂质，包括基体相、DO22析出相和L12析出相，DO22析出相的最大宽度为20nm,L12析出相的最大宽度为30nm,且DO22析出相占比与L12析出相占比的比值为0.6，基体相的平均晶粒尺寸为5μm。
[0107]对比例3：
[0108]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：第一析出相的最大宽度为10μm。
[0109]对比例4：
[0110]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：单位体积内5%的所述第一析出相位于基体相的晶界处。
[0111]对比例5：
[0112]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：DO22析出相的最大宽度为5nm,L12析出相的最大宽度为5nm。
[0113]对比例6：
[0114]本实施例的铜镍锡合金与实施例1相同，不同之处在于：DO22析出相的最大宽度为70nm,L12析出相的最大宽度为80nm。
[0115]对实施例1～12和对比例1～6的铜锡镍合金进行力学性能测试以及耐腐蚀性测试。
[0116]力学性能测试：拉伸试验测试数据如表1所示。
[0117]耐腐蚀性测试：电化学测试数据如表1所示。
[0118]表1.实施例1-实施例12和对比例1-对比例6的铜锡镍合金进行力学性能以及耐腐蚀性。
[0119]
[0120]由表1可见，本发明的铜锡镍合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性，使得铜镍锡合金在电子、电气、航空航天以及高端装备制造等关键部件中能够得到广泛应用。
[0121]总而言之，通过在基体相的晶界处形成第一析出相，并控制第一析出相的最大宽度为0.5-5μm(3μm)以及单位体积内20%-60%(20%、40%、60%)的第一析出相位于基体相的晶界处，使得第一析出相优先占据不连续沉淀的成核位点，在热处理过程中，有效阻碍不连续沉淀从晶界连续析出，同时可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0122]另一方面，通过在基体相的晶界处形成第一析出相，消耗大量锡原子，减缓DO22相转变为L12相，进而减缓DO3相的生成，从而抑制DO3相在晶界处不连续沉淀，同时第一析出相可以阻碍位错运动，阻止裂纹扩展，进而提高铜镍锡合金的力学性能以及耐腐蚀性。
[0123]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0124]以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
说明书附图(6)
