專利名稱：無鉛的銻鎳黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保黃銅合金，且特別涉及一種無鉛的銻鎳黃銅合金。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有非環(huán)保含鉛黃銅的主要成份為銅與鋅，兩者的比例通常為約7: 3或6: 4，此外通常包含較多量雜質(zhì)。為了讓黃銅能具有良好的機(jī)械加工性質(zhì)，公知的黃銅組成含按重量百分比計(jì)為1-3%的鉛。含鉛黃銅為工業(yè)上重要材料，廣泛應(yīng)用于管線、水龍頭、供水/排水系統(tǒng)的金屬裝置或金屬閥等制品。然而，隨著環(huán)保意識(shí)抬頭，重金屬對(duì)于人體健康的影響與對(duì)環(huán)境污染的問題逐漸受到重視。因此，限制含鉛合金的使用為目前的趨勢(shì)。日本、美國等國陸續(xù)修訂相關(guān)法規(guī)，極力推動(dòng)降低環(huán)境中的含鉛率，涵蓋用于家電、汽車、水周邊產(chǎn)品的含鉛合金材料，特別要求不可從產(chǎn)品浸出鉛至飲用水，且在加工過程中必須避免鉛污染。從而，業(yè)界亟欲開發(fā)無鉛的黃銅材料，尋找可替代含鉛黃銅，并兼顧鑄造性能、切削性、耐腐蝕性、與機(jī)械性質(zhì)的黃銅
I=1-Wl O目前已有許多無鉛銅合金配方被報(bào)導(dǎo)，例如以硅(Si)取代鉛為主要成分添加于黃銅合金中，例如美國專利 US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441 等所公開的無鉛銅合金配方，但這些技術(shù)的缺點(diǎn)是制成的黃銅合金切削性不佳。此外，有文獻(xiàn)及其余專利以添加鉍(Bi)為主要成分而取代鉛添加于黃銅合金中，例如美國專利 US7297215、US6974509、US694.55378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712、US2006000590U US20040094243, US5637160、US20070039667 等所公開的含鉍的黃銅合金 。上述合金配方的鉍含量按重量百分比計(jì)約在0.03% -7.0%的范圍，且除了鉍外，各自包含不同的元素成分及特定配比。例如美國專利US6413330系揭露同時(shí)包含鉍、硅及其它成分的無鉛銅合金配方。而中國專利公開號(hào)CN101403056公開了以鉍及錳代替鉛的無鉛黃銅合金；然而，高鉍含量容易產(chǎn)生裂紋、夾渣等缺陷，而鉍低錳高則硬度高，不易斷屑，因此切削性差。另外，還有文獻(xiàn)公開了無鉛銅合金的制程或洗鉛制程的改進(jìn)，例如美國專利US5904783公開了以鈉、鉀金屬在高溫下處理黃銅合金以減少鉛濾出到供給液的方法；然而，傳統(tǒng)的洗鉛制程僅能在含鉛產(chǎn)品在浸入水中時(shí)，減少與水接觸表面的鉛析出，無法將生產(chǎn)原料成分中鉛含量符合美國加州AB-1953法規(guī)所規(guī)范的銅合金含鉛量降低至0.25wt%以下。由此可見，現(xiàn)有的黃銅合金產(chǎn)品及其制造方法顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決道，因此新的黃銅合金配比和其制成產(chǎn)品，為業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)，亦屬當(dāng)前重要研發(fā)課題一
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的無鉛黃銅合金材料在切削加工上所存在的缺陷，而提供一種無鉛無鉍的環(huán)保黃銅合金，具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的無鉛的銻鎳黃銅合金，其各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為:銅(Cu)59-64%，銻(Sb)0.01-0.25 %, If (Ni)0.1-1.5 %，鋁(Al)0.01-0.15 %，錫(Sn)0.1-0.8 %，鎂(Mg)0.01-0.45%，鋯(Zr)0.05-0.5%，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的無鉛的鋪鎳黃銅合金組成中銅加鋅大于96.2wt%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的銻按重量百分比計(jì)為0.1-0.2%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的鎳按重量百分比計(jì)為0.3-1.0%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的鋁按重量百分比計(jì)為0.05-0.12%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的鎂 按重量百分比計(jì)為0.1-0.3%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的錫按重量百分比計(jì)為0.3-0.6%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的鋯按重量百分比計(jì)為0.1-0.3%。前述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其中所述的銅按重量百分比計(jì)為61-63%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。無鉛的銻鎳黃銅合金各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為:銅:61-63%，銻:0.1-0.2%,If:0.3-1.0%,鋁:0.05-0.12%，鎂:0.1-0.3%:0.3-0.6%，鋯:0.1-0.3%，其余為鋅和 0.1% 以下不可避免的雜質(zhì)。而且，所述的無鉛的銻鎳黃銅合金組成中銅加鋅含量按重量百分比計(jì)為大于 96.2wt%0本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金為無鉛無鉍的環(huán)保黃銅合金，具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下:為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鎳黃銅合金，銻的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.25%。在一實(shí)施例中，銻的含量為0.1至0.2%。銻與銅等元素形成金屬間化合物，能提高黃銅的切削性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鎳黃銅合金，鎳的含量按重量百分比計(jì)為0.1-1.5%。在一實(shí)施例中，鎳的含量為0.3-1.0%。鎳能與銅形成連續(xù)固溶體，它們能夠明顯地提高銅的機(jī)械性能與耐蝕性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鎳黃銅合金，鋁的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.15%。在一實(shí)施例中，鋁的含量為0.05至0.12%。鋁能增加銅水的流動(dòng)性，改善該合金材料的鑄造性能。添加適量的鋁能避免在銅水液面產(chǎn)生大量鋁氧化膜使銅液中夾洛，及在后續(xù)燒鑄銅鑄件時(shí)形成夾層(Lamination),造成鑄件缺陷產(chǎn)生的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鎳黃銅合金，鎂的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.45%。在一實(shí)施例中，鎂的含量為:0.1-0.3%%。添加適量的鎂形成Cu2Mg金屬間化合物細(xì)小顆粒(第三相)在切削時(shí)起到良好的斷屑作用，從而改善了黃銅的切削加工性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鎳黃銅合金，錫的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.8%。在一實(shí)施例中，錫的含量為0.3-0.6%。錫能顯著提高黃銅合金材料于大氣、海水、氯化物及過熱蒸汽中的耐蝕性。錫在黃銅中起固溶強(qiáng)化作用，可提高強(qiáng)度和硬度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛銻鈦黃銅合金，鋯的含量按重量百分比計(jì)為0.05-0.5%。在一實(shí)施例中，鋯的含量為0.0.3%。添加微量的鋯能起到細(xì)化變質(zhì)作用，使比較粗大的枝狀晶變?yōu)榧?xì)小的等軸晶組織。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:第一，由于使用銻，與銅等元素形成金屬間化合物，能提高黃銅的切削性。第二，由于添加鎳，能與銅形成連續(xù)固溶體，它們能夠明顯地提高銅的機(jī)械性能與耐蝕性能。第三，本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金的整體配比，能夠明顯地提高黃銅的機(jī)械性能、耐蝕性能，還有合金的強(qiáng)度和硬度。能提高合金材料的切削性，從而改善了黃銅的切削加工性能。綜上所述，本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金配比，得到了具備優(yōu)異切削性、抗腐蝕性、高強(qiáng)度和硬度的環(huán)保黃銅合金。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新合金材料。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1A是本發(fā)明的一種無鉛的銻鎳黃銅合金試片的金相組織分布。

圖1B為鉍無鉛黃銅試片的金相組織分布。圖1C為H59鉛黃銅試片的金相組織分布。圖2A為鉍無鉛黃銅的抗脫鋅腐蝕測試的金相組織分布。圖2B為H59鉛黃銅試片的抗脫鋅腐蝕測試的金相組織分布。圖2C為本發(fā)明的一種無鉛的銻鎳黃銅合金試片的抗脫鋅腐蝕測試的金相組織分布。圖3為拉伸測試標(biāo)準(zhǔn)樣品的示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。在本說明書中，除非另有說明，否則無鉛的銻鎳黃銅合金所包含的組成分都以合金總重量為基準(zhǔn)，并以重量百分比(wt% )表示。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以公知高含量的鉍(lWt%以上)添加入黃銅合金時(shí)，在微觀上，易于黃銅合金的晶粒中形成鉍的液態(tài)薄膜，最后在晶界偏析而產(chǎn)生連續(xù)片狀的鉍，遮蔽晶界，使得合金的機(jī)械強(qiáng)度潰散而提高合金的熱脆性及冷脆性，造成材料開裂。依據(jù)本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金配方，不但可解決材料開裂的缺陷，且仍可達(dá)到鉛黃銅(如公知的H59鉛黃銅)所具備的材料特性(如切削性等)，且不易產(chǎn)生裂紋或夾雜等產(chǎn)品缺陷。因此，本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金不僅可大幅降低鉍的使用，提高合金的機(jī)械性能，更能有效降低黃銅合金的生產(chǎn)成本，對(duì)于商業(yè)量產(chǎn)及應(yīng)用上極具優(yōu)勢(shì)。另外，依據(jù)本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金配方，可以使合金中的鉛含量降低至0.01wt%以下，符合對(duì)于與水接觸的管線材料的鉛含量的國際規(guī)定。因此，本發(fā)明的無鉛磷銅合金有利于制造水龍頭及衛(wèi)浴零組件、自來水管線、供水系統(tǒng)等的應(yīng)用。以下，將以例示性實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。試驗(yàn)例1:在相同制程及相同操作條件下，分別以本發(fā)明的無鉛的銻鎳黃銅合金(實(shí)施例1至3)、鉍無鉛黃銅(比較例I至2)、H59鉛黃銅(比較例3至4)為材料，進(jìn)行相同的產(chǎn)品鑄造，并比較各合金的加工特性及各階段的制程合格率。其中，制程合格率定義如下所示:
權(quán)利要求
1.一種無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于該合金各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為:銅:59-64 %，銻:0.01-0.25 %, If:0.1-1.5 %，鋁:0.01-0.15%, M:0.1-0.8 %，鎂:0.01-0.45%，鋯:0.05-0.5%,其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的無鉛的銻鎳黃銅合金組成中銅加鋅大于96.2wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述銻按重量百分比計(jì)為0.1-0.2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述鎳按重量百分比計(jì)為0.3-1.0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述鋁按重量百分比計(jì)為0.05-0.12%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述錫按重量百分比計(jì)為0.3-0.6%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述鎂按重量百分比計(jì)為0.1-0.3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述鋯按重量百分比計(jì)為0.1-0.3%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鎳黃銅合金，其特征在于所述銅按重量百分比計(jì)為·61-63%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無鉛的銻鎳黃銅合金，該無鉛的銻鎳黃銅合金中各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為銅(Cu)59-64％，銻(Sb)0.01-0.25％，鎳(Ni)0.1-1.5％，鋁(Al)0.01-0.15％，錫(Sn)0.1-0.8％，鎂(Mg)0.01-0.45％，鋯(Zr)0.05-0.5％，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的無鉛的銻鎳黃銅合金組成中銅加鋅大于96.2wt％。上述無鉛的銻鎳黃銅合金具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性。
文檔編號(hào)C22C9/04GK103205597SQ20121001973
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者吳威德, 羅文麟, 呂鴻慶, 彭曉明 申請(qǐng)人:摩登島股份有限公司