锰黄铜 产业链
锰黄铜 百科
锰黄铜具有优异的力学性能、铸造性能、切削性能以及成本低廉，成为螺旋桨的主要制造材料之一。锰黄铜除了用于制造螺旋桨外，还可用于制造汽车同步器齿环、轴承套、齿轮、冷凝器、闸门阀等。但是在污染海水中，锰黄铜会发生脱Zn 腐蚀，而且耐空泡腐蚀的性能也较差，导致锰黄铜螺旋桨易发生腐蚀疲劳断裂。而铜-锆二元相图表明，锆加入锰黄铜中会先析出Cu5Zr 或Cu3Zr 强化相，作为后续的形核质点，起到细晶强化的作用。研制了一种新型锆微合金化锰黄铜，测试分析了其硬度、微观组织、均匀腐蚀性能、电化学腐蚀性能、摩擦性能以及力学性能的变化 [1] 。
金相组织和硬度
通过锰黄铜的金相组织可以看出，亮白色的不规则条状或块状是以为主的固溶体组织α相；α 相以外的暗灰色区是以电子化合物CuZn 为基的固溶体β 相；黑色（C 区）的小点是硬质点κ 相（富铁相等），主要分布在β 相中，也有少部分存在于α相中。锆微合金化后，锰黄铜的晶粒更加细小、数量更多，分布也更加弥散。EDS 成分分析显示，A 区成分为60.56Cu、35.51Zn、2.52Al、1.42Mn；B 区成分为56.84Cu、40.12Zn、1.15Al、1.89Mn；C 区成分为75.56Fe、8.26Si、6.96Al、3.06Mn、3.00Cu、2.05Zn、1.11Ni。锆微合金化锰黄铜的硬度为175.3 HV0.2，而未微合金化锰黄铜的硬度为158.4 HV0.2，前者比后者硬度提高了9.6%。
均匀腐蚀性能
通过合金均匀腐蚀的质量损失、表面积以及腐蚀速率可以看出，锆微合金化和未合金化的锰黄铜都处在腐蚀四级标准中的优良级中，并且前者的腐蚀速率比后者降低了4.9%。
通过锰黄铜在3.5%NaCl 溶液中经均匀腐蚀后的表面SEM 形貌可以看出，锆微合金化和未合金化的锰黄铜均发生了腐蚀，并有一些凹坑。不同的是，未合金化的锰黄铜表面出现明显凸出表面的块状组织以及相对较多、较大的凹坑。
说明α固溶体腐蚀程度较轻，腐蚀主要发生在β 相和κ相中。锆微合金化的锰黄铜表面块状组织以及凹坑均很少。说明锆微合金化的铸态锰黄铜在3.5% NaCl 溶液中的耐蚀性能更好 [2] 。
电化学腐蚀性能
通过未合金化和锆微合金化锰黄铜在室温3.5%NaCl 溶液中的动电位极化曲线。以及自腐蚀电位、腐蚀电流密度和腐蚀速率数值。可以看出，二者都发生了钝化，但是锆微合金化锰黄铜的钝化电流密度更大。可以看出，锆微合金化锰黄铜的自腐蚀电位比未微合金化的高，说明前者的腐蚀倾向更低。可能是由于锰黄铜中的κ相（富铁相）发生了剥落，留下了自腐蚀电位较正的α 相即富铜相，在锆微合金化锰黄铜中的α相更细，数量更多，从而使自腐蚀电位发生了正移。
采用传统Tafel 拟合计算得出腐蚀速率。与未微合金化的锰黄铜相比，锆微合金化的锰黄铜腐蚀速率降低了74.5%，说明其电化学耐蚀性更好。
摩擦磨损性能
通过锰黄铜在室温下的湿摩擦系数随磨损时间变化曲线可以看出，未合金化和锆微合金化的湿摩擦系数变动幅度均较小，都有较优的耐磨性能。但是锆微合金化的锰黄铜具有更低的平均摩擦系数（0.0254），与未合金化的锰黄铜（0.0315）相比降低了19.3%。
通过锰黄铜的磨痕形貌可以看出，摩擦后的表面特征有如下几点：
①沿滑动方向上存在着明显的犁沟，犁沟深且多；
②犁沟旁边均出现了部分承载面。说明该区域在摩擦力的作用下发生了塑性变形，但没有发现裂纹，表明无脆性断裂现象 [3] 。
力学性能
通过铸态锰黄铜的拉伸性能可以看出，微量元素锆的加入，使锰黄铜的抗拉强度提高5.5%，屈服强度提高了24.2%，但是伸长率降低了6.5%。这是由于锆在锰黄铜中起到细晶强化的作用，而位错增强导致了合金塑性降低，伸长率也会相应的减小。
通过锰黄铜的断口形貌可以看出，未合金化的锰黄铜断口韧窝尺寸相对较大。添加了微量元素锆后断口组织比较细小，且韧窝尺寸及分布都比较均匀，显示出明显的韧性断裂特征。但是微合金化锰黄铜断口中还有明显粗大κ相的断裂痕迹，这也是微孔长大聚合速度加快，合金强度提高不大、伸长率下降的主要原因。
锆微锰黄铜性能
与未微合金化锰黄铜相比，锆微合金化锰黄铜具有更好的耐腐蚀性能、摩擦性能和力学性能。其机理讨论如下。
（1） 锆在铜中的固溶度极小，可形成ZrCu5或ZrCu 强化相，大量强化相可成为后续形核的质心，阻碍再结晶和晶粒长大，起到细化晶粒的作用。众多弥散分布的κ 相以及细化的α 相综合提高了合金的硬度。
（2） 锆元素加入铜中，一方面提高了合金的自腐蚀电位，降低了合金的耐蚀倾向。另一方面，细化了晶粒组织，使晶界增多，降低了腐蚀扩张的速率，阻碍了腐蚀贯通通道的形成。
（3） 锰黄铜内众多弥散分布的软基体相和硬质点易于驻留液态介质，起到一定的减磨作用。硬度的提高在一定程度上也会提高合金的摩擦性能。
（4）锆微合金化锰黄铜力学性能提高有以下两点原因：
①锆的加入细化了合金组织，具有较大的弥散强化作用；
②晶粒细化、晶界增多，并且合金在凝固过程中产生了大量的位错，从而产生很大的形变强化效果 [2] 。
总结
与未微合金化锰黄铜相比，锆微合金化锰黄铜的组织更细，硬度更高，其均匀腐蚀速率降低了4.9%，电化学腐蚀速率降低了74.5%，摩擦系数降低了19.3%，抗拉强度和屈服强度分别提高了5.5%和24.2% [2] 。
- 英文名称： Manganese brass
- 类别：合金
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