專利名稱：一種造幣用無鎳白銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅及銅合金加工，屬于金屬材料合金化、材料防腐及合金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及造幣用無鎳白銅合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬硬幣具有整潔度高，攜帶的病菌少，有利于人民身體健康；硬幣耐磨損，流通周期長，發(fā)行成本較小，節(jié)約資源的優(yōu)點。銅作為一種古老的金屬，在世界很多國家都有作為金屬流通幣使用的歷史。由于銅離子能夠殺死病菌，銅基金屬流通幣具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。白銅具有銀白色的金屬光澤，較高的強度，良好的加工成型性和耐蝕性，加工制品尺寸精度高，表面光潔的特點，是一種優(yōu)良的造幣合金基材。銅作為金屬流通幣使用時，為了使其具有銀白色的金屬光澤，往往要在銅基體合金中添加15%左右的鎳，加之近年來銅價持續(xù)走高，使得銅基金屬流通幣可能的制造成本大幅攀升，影響流通使用。瑞典一位皮膚科專家進(jìn)行的研究顯示，目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家有15%的女性和2%-5%的男性會對鎳產(chǎn)生過敏反應(yīng)。僅接觸含鎳合金的I歐元和2歐元硬幣5分鐘就可能出現(xiàn)包括皮膚過敏、搔癢在內(nèi)的多種癥狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種低成本、易切削、加工性能優(yōu)良的造幣用的無鎳白銅合金及其制備方法。上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的
一種造幣用無鎳白銅，其特征在于，所述白銅包含元素的質(zhì)量百分比為Zn16. 0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce0. 05-0. 2%、雜質(zhì)總量不大于0. 9%，余量為銅。一種制備上述無鎳白銅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟
1)將質(zhì)量百分比為50-60%的Cu和每噸金屬15-25kg的木炭放入工頻爐中熔煉，木炭放在金屬的上部，熔煉溫度為1200°C -1220V ；；
2)加入質(zhì)量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu;
3)步驟2)加入的Al和Cu熔化后，加入質(zhì)量百分比16-19%的Zn;
4)步驟3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn,Cu-Ti中間合金，使合金Mn、Ti質(zhì)量百分比分別為 3. 0-4. 0% 和 2. 3-3. 5%;
5)步驟4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中間合金熔化后，加入Cu-Sb中間合金，使合金中Sb質(zhì)量百分比0. 2-0. 4%;
6)步驟5)加入的Cu-Sb中間合金熔化后,加入Cu-Fe中間合金,使合金中Fe質(zhì)量百分比 0. 3-0. 6%;
7)步驟6)加入的Cu-Fe中間合金熔化后，加入稀土合金鈰，使合金中鈰質(zhì)量百分比0. 05-0. 2% ；8)步驟7)加入的稀土合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒渣；
9)取樣分析；
10)升溫1180°C-1210°C，向銅液中加入0. 02%-0. 03%的鎂，加鎂的目的是脫除銅液中的氧和脫硫；
11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用多組元合金、復(fù)合添加方式，改善合金的綜合性能，通過添加銻改善合金的切削性能，通過添加鈦、錳、鐵、鋅、鋁代替合金基體中的鎳、銅，降低合金的制造成本，可以降低金屬原料成本23000-30000元/噸。


圖I是本發(fā)明的制備方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的造幣用無鎳白銅含元素的質(zhì)量百分比為Zn 16. 0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce 0. 05-0. 2%、雜質(zhì)總量不大于0. 9%,余量為銅。參見圖1，本發(fā)明的無鎳白銅合金的熔煉操作過程如下
1)將質(zhì)量百分比為50-60%的Cu和每噸金屬15-25kg的木炭(權(quán)利要求I的白銅中并沒有C 木炭僅作為覆蓋劑使用)放入工頻爐中熔煉，木炭放在金屬的上部，熔煉溫度為1200 0C -1220。。。；
2)加入質(zhì)量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu ;向合金中加鋁時，由于鋁在銅中溶解會放出大量的熱，激烈的放熱反應(yīng)可能使銅液熔池局部溫度升高200°C，造成金屬燒損增加。采用冷料與鋁同時添加的方式，利用鋁的溶解熱熔化冷料，可以達(dá)到降低能耗和金屬燒損的目的。3)步驟2)加入的Al和Cu熔化后，加入質(zhì)量百分比16. 0-19. 0%的Zn ;采用先加鋁后加鋅的目的，一是利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，減少金屬鋅等金屬的燒損；二是利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發(fā)損失。4)步驟3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn, Cu-Ti中間合金，使合金Mn、Ti質(zhì)量百分比分別為3. 0-4. 0%和2. 3-3. 5%o5)步驟4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中間合金熔化后,加入Cu-Sb中間合金,使合金質(zhì)量百分比0. 2-0. 4%Sb含量。6)步驟5)加入的Cu-Sb中間合金熔化后，加入Cu-Fe中間合金，使合金質(zhì)量百分比0. 3-0. 6%的Fe含量。7)步驟6)加入的Cu-Fe中間合金熔化后，加入質(zhì)量百分比0. 05-0. 2%的稀土合金鈰；
8)步驟7)加入的稀土合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒渣；待所有的合金元素熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向 銅液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑。向銅液中吹入冰晶石能清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區(qū)。高純氮氣載氣能夠利用浮選作用的原理清除銅液中的夾雜異物，降低銅液中的氣體含量，其除氣的原理是通入到銅液中的氮氣或者氬氣，在銅液中形成彌散的惰性氣體氣泡，氣泡中的氫分壓為零，合金熔體中的氫分壓遠(yuǎn)大于氣泡中的氫分壓，熔體中的氫不斷向氣泡表面擴(kuò)散并聚合為分子氫而進(jìn)入氣泡中，隨氣泡的上升、逸出而排入大氣，達(dá)到除氫的目的。吹入熔體中的惰性氣體氣泡越小、數(shù)量越多、分布越彌散，除氫效果越好。氣體吹煉時間為3-5分鐘。采用惰性氣體精煉銅液，可以減少鋅白銅噴火的次數(shù)，從而減少金屬鋅的損失。9)取樣分析；
10)升溫1180°C-1210°C，向銅液中加入0. 02%-0. 03%的鎂，加鎂的目的是脫除銅液中的氧和脫硫；
11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。在白銅熔煉過程中，合理的加料與熔化順序、準(zhǔn)確地控制熔煉溫度都有利于減少造渣和減少熔煉金屬損耗。合金中加入鐵是作為變質(zhì)劑使用，變質(zhì)處理的作用清除鑄錠組織中粗大的柱狀晶，細(xì)化鑄錠的結(jié)晶組織，提高合金的冷熱加工性能和強度。添加適量的輕質(zhì)稀土鑭、鈰，可以脫氧、脫硫、脫氫，并脫除Pb、Bi等有害雜質(zhì)，凈化銅合金成分。輕質(zhì)稀土也有極強的變質(zhì)作用，能夠消除鑄錠中的枝狀晶區(qū)，急劇細(xì)化晶粒，提高塑性和強度，減少表面裂紋和缺陷，改善合金的深沖性能，明顯提高合金的耐蝕性和抗局部腐蝕的能力。實施例I
將質(zhì)量百分比為50%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質(zhì)量百分比0. 5%的Al (考慮燒損)和21. 7%的Cu，利用鋁溶解產(chǎn)生的大量的熱熔化冷銅，達(dá)到降低能耗和金屬燒損的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質(zhì)量百分比為18. 0%的Zn (考慮燒損);采用先加鋁后加鋅的目的，可以利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，并利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發(fā)損失。待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質(zhì)量百分比分別為3. 0%和2. 3%。向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質(zhì)量百分比為0. 20% ；向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質(zhì)量百分比為0. 3% ；
向銅液中加入Cu-Ce中間合金，使成品合金中Ce的質(zhì)量百分比為0. 1%
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區(qū)。氣體吹煉時間為3-5分鐘。取樣分析，待合金成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入質(zhì)量百分比為0. 02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質(zhì)量百分比)=Zn 16. 3%，Mn 3. 1%，Ti 2. 35%，F(xiàn)e 0. 31%, Al 0. 34%, Sb 0. 2%, Ce 0.07%，余量為銅。
實施例2
將質(zhì)量百分比為60%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質(zhì)量百分比0. 6%的Al (考慮燒損)和14. 5%的Cu，利用鋁溶解產(chǎn)生的大量的熱熔化冷銅，達(dá)到降低能耗和金屬燒損的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質(zhì)量百分比為19. 0%的Zn (考慮燒損);采用先加鋁后加鋅的目的，可以利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，并利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發(fā)損失。待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質(zhì)量百分比分別為3. 5%和3. 0%。 向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質(zhì)量百分比為0. 30% ；向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質(zhì)量百分比為0. 4% ；
向銅液中加入Cu-Ce中間合金，使成品合金中Ce的質(zhì)量百分比為0. 15%
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區(qū)。氣體吹煉時間為3-5分鐘。取樣分析，待合金成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入質(zhì)量百分比為0. 02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質(zhì)量百分比)=Zn 17. 1%，Mn 3. 5%，Ti 3. 1%，F(xiàn)e 0. 39%, Al 0. 40%, Sb 0. 28%, Ce 0. 13%，余量為銅。實施例3
將質(zhì)量百分比為63%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質(zhì)量百分比0. 75%的Al (考慮燒損)和14. 8%的Cu，利用鋁溶解產(chǎn)生的大量的熱熔化冷銅，達(dá)到降低能耗和金屬燒損的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質(zhì)量百分比為20. 0%的Zn (考慮燒損);采用先加鋁后加鋅的目的，可以利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，并利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發(fā)損失。待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質(zhì)量百分比分別為4. 0%和3. 5%。向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質(zhì)量百分比為0. 40% ；向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質(zhì)量百分比為0. 6% ；
向銅液中加入Cu-Ce中間合金，使成品合金中Ce的質(zhì)量百分比為0. 20%
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區(qū)。氣體吹煉時間為3-5分鐘。取樣分析，待合金成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入質(zhì)量百分比為0. 02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質(zhì)量百分比)=Zn 19. 0%，Mn 3. 9%，Ti 3. 48%，F(xiàn)e 0. 58%, Al 0. 60%, Sb 0. 38%, Ce 0. 19%，余量為銅。
權(quán)利要求
1.一種造幣用無鎳白銅，其特征在于，所述白銅包含元素的質(zhì)量百分比為Zn、16.0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce、0. 05-0. 2%、雜質(zhì)總量不大于0. 9%，余量為銅。
2.一種制備權(quán)利要求I所述無鎳白銅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 1)將質(zhì)量百分比為50-60%的Cu和每噸金屬15-25kg的木炭放入工頻爐中熔煉，木炭放在金屬的上部，熔煉溫度為1200°C -1220V ；； 2)加入質(zhì)量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu; 3)步驟2)加入的Al和Cu熔化后，加入質(zhì)量百分比16-19%的Zn; 4)步驟3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn,Cu-Ti中間合金，使合金Mn、Ti質(zhì)量百分比分別為 3. 0-4. 0% 和 2. 3-3. 5%; 5)步驟4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中間合金熔化后，加入Cu-Sb中間合金，使合金中Sb質(zhì)量百分比0. 2-0. 4%; 6)步驟5)加入的Cu-Sb中間合金熔化后,加入Cu-Fe中間合金,使合金中Fe質(zhì)量百分比 0. 3-0. 6%; 7)步驟6)加入的Cu-Fe中間合金熔化后，加入稀土合金鈰，使合金中鈰質(zhì)量百分比、0. 05-0. 2% ； 8)步驟7)加入的稀土合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒渣； 9)取樣分析； 10)升溫1180°C-1210°C，向銅液中加入0. 02%-0. 03%的鎂，加鎂的目的是脫除銅液中的氧和脫硫； 11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種造幣用無鎳白銅及其制備方法，所述白銅包含元素的質(zhì)量百分比為Zn16.0-19.0%、Mn3.0-4.0%、Ti2.3-3.5%、Fe0.3-0.6%、Al0.3-0.6%、Sb0.2-0.4%、Ce0.05-0.2%、雜質(zhì)總量不大于0.9%，余量為銅。本發(fā)明采用多組元合金、復(fù)合添加方式，改善合金的綜合性能，通過添加銻改善合金的切削性能，通過添加鈦、錳、鐵、鋅、鋁代替合金基體中的鎳、銅，降低合金的制造成本，可以降低金屬原料成本23000-30000元/噸。
文檔編號C22C9/04GK102618751SQ201210109779
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者楊志強, 賀永東 申請人:金川集團(tuán)有限公司