低收縮耐腐蝕的黃銅合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其組成按重量百分比計(jì)包含銅(Cu)58-64％、錫(Sn)0.1-0.3％、不大于0.25％的鉛(Pb)、磷(P)0.01-0.15％、以及鎳、鈮、鋯或鋁元素中至少兩種元素且總和為0.01-0.4％，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金組成中銅加鋅不小于98wt％。上述低收縮耐腐蝕的黃銅合金具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高黃銅的耐脫鋅能力。
【專利說(shuō)明】低收縮耐腐蝕的黃銅合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種黃銅合金，且特別涉及低收縮耐腐蝕的黃銅合金。
【背景技術(shù)】
[0002]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的雜質(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。
[0003]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(wèn)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(guó)等國(guó)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(guò)程中必須避免鉛污染。從而，業(yè)界亟欲開(kāi)發(fā)無(wú)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
[0004]早期的黃銅研究大多利用鉍取代對(duì)人類有害的鉛作為切削元素，含鉍無(wú)鉛黃銅的鑄造性能優(yōu)良、機(jī)械加工及后續(xù)拋光、電鍍處理合格率高，所以鉍無(wú)疑是取代鉛的第一考慮。鉍的化學(xué)性質(zhì)與砷、銻類似，且砷、銻已被發(fā)現(xiàn)可抑制黃銅脫鋅現(xiàn)象，但鉍元素在黃銅合金中，容易偏析于晶界上，在二次加工(緞造、焊接)容易造成材料破裂。且鉍元素具有微弱放射性，事實(shí)上對(duì)人體有害，故鉍元素雖然在短期間可以取代鉛元素，但在中長(zhǎng)期來(lái)看，尋求其它合金元素來(lái)取代鉛、鉍的研究勢(shì)在必行`。
[0005]由此可見(jiàn)，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(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)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)界急需改進(jìn)的目標(biāo)，亦屬當(dāng)前重要研發(fā)課題一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種添加生醫(yī)元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，克服現(xiàn)有的黃銅合金材料因不可避免的脫鋅行為導(dǎo)致其鑄件嚴(yán)重腐蝕穿孔，而影響合金使用安全的缺陷。添加生醫(yī)元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅具有優(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，能用于船艦等高腐蝕行為環(huán)境，非常適于實(shí)用。
[0007]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的低收縮耐腐蝕的黃銅合金的組成按重量百分比計(jì)為:銅:58-64%，錫:0.1-0.3%，鉛:不大于0.25%，磷:0.01-0.15%,以及選自鎳、鈮、鋯或鋁元素中至少兩種元素且總和為
0.01-0.4%，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金組成中銅加鋅不小于98wt%。
[0008]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009]前述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其中所述的鈮按重量百分比計(jì)為0.07-0.15%。[0010]前述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其中所述的錫按重量百分比計(jì)為0.15-0.25%。
[0011]前述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其中所述的鉛按重量百分比計(jì)為0.08-0.2%。
[0012]前述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其中所述的磷按重量百分比計(jì)為0.08-0.15%。
[0013]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。低收縮耐腐蝕的黃銅合金的組成按重量百分比計(jì)為:銅:58-64%，錫:0.15-0.25%，鉛:0.08-0.2%，磷:
0.08-0.15%，及其它元素如鎳、鈮、鋯、鋁中至少選擇兩種合計(jì)添加0.07-0.25%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金組成中銅加鋅不小于98wt%。
[0014]本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金具有優(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:
[0015]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金中鈮的含量可與鎳、鋯、鋁中至少之一按重量百分比添加達(dá)總和計(jì)為0.01-0.4%。在本發(fā)明實(shí)施例中，鈮的含量為
0.07-0.15%， 鑄造后可以使收縮量大幅降低、流動(dòng)性提高，并且黃銅中的α相變多，提高其抗脫鋅能力。
[0016]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金中鋁的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.4%。在本發(fā)明實(shí)施例中，鋁的含量為0.07-0.15%，適當(dāng)?shù)奶砑愉X可以除氧，凈化銅液，一旦過(guò)多變會(huì)造成氧化鋁殘留，容易形成夾渣。
[0017]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金中鎳的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.4%。在本發(fā)明實(shí)施例中，鎳的含量為0.07-0.15%，鎳的鋅當(dāng)量點(diǎn)為負(fù)值，添加后有助于黃銅金相內(nèi)的α相形成，使黃銅具有耐腐蝕性及韌性，材料不易脆裂。
[0018]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金中鋯的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.4%。在本發(fā)明實(shí)施例中，鋯的含量為0.07-0.15%，適當(dāng)?shù)奶砑愉喛梢栽邳S銅金相中形成異質(zhì)成核點(diǎn)，使晶粒細(xì)化。
[0019]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金中錫的含量按重量百分比計(jì)為0.1-0.3%0在本發(fā)明實(shí)施例中，錫的含量為0.15-0.25%。適量的錫可以使耐腐蝕性大幅提高，且錫在黃銅中起固溶強(qiáng)化作用，可提高強(qiáng)度和硬度。
[0020]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，鉛的含量按重量百分比計(jì)不大于0.25%。在本發(fā)明實(shí)施例中，鉛的含量為0.08-0.15%。
[0021]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，磷的含量按重量百分比計(jì)為0.01-0.15%。在本發(fā)明實(shí)施例中，磷添加至0.08-0.15%。磷為良好的脫氧劑，添加后鑄造時(shí)的流動(dòng)性大幅提聞，且憐會(huì)穩(wěn)定黃銅中耐腐蝕的α相，并擴(kuò)大α相。
[0022]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0023]第一，由于使用對(duì)人體無(wú)害的生醫(yī)材料鈮作為替代元素，能在鑄造時(shí)提高黃銅的流動(dòng)性并大幅降低其收縮性，并且達(dá)到抗脫鋅的效果，提高黃銅的耐腐蝕性。
[0024]第二，由于添加極少量鉛，能在銅中形成不溶的固溶體且均勻分散在黃銅的兩相間，它們能夠明顯地提高銅的切削能。
[0025]第三，本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金,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倉(cāng)泛。
[0026]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，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)上有著顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，成為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的耐腐蝕黃銅合金材料。
[0027]上述說(shuō)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(shuō)明書(shū)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(shuō)明如下。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是未添加任何元素的64黃銅，添加元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金與磷含量為0.01-0.15wt%的低收縮耐腐蝕的黃銅合金的金相組織分布的比較。
[0029]圖2為添加元素鈮且不同鉛含量的低收縮耐腐蝕的黃銅合金試片，進(jìn)行切削試驗(yàn)后的切屑形狀的立體顯微鏡照片比較。
[0030]圖3A是本發(fā)明的一種低收縮耐腐蝕的黃銅合金試片的金相組織分布。
[0031]圖3B為鉍無(wú)鉛黃銅試片的金相組織分布。
[0032]圖3C為H59鉛黃銅試片的金相組織分布。
[0033]圖4A為鉍無(wú)鉛黃銅的抗脫鋅腐蝕測(cè)試的金相組織分布。
[0034]圖4B為H59鉛黃銅的抗脫鋅腐蝕測(cè)試的金相組織分布。
[0035]圖4C為本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金試片的金相組織分布。
[0036]圖5為本試驗(yàn)的流動(dòng)模設(shè)計(jì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]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(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。
[0038]在本說(shuō)明書(shū)中，除非另有說(shuō)明，否則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。
[0039]本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以公知高含量的錫(Sn) (2wt%以上)添加入黃銅合金時(shí)，在微觀上，會(huì)產(chǎn)生大量的Y相，造成嚴(yán)重腐蝕且硬度大幅提高而難以加工。
[0040]本發(fā)明提供了添加元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，在高溫熔煉時(shí)將鈮包覆于銅管內(nèi)迫使鈮和黃銅形成中間產(chǎn)物，溶入黃銅中。
[0041]圖1是未添加任何元素的64黃銅，添加元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金與磷含量為0.01-0.15wt%的低收縮耐腐蝕的黃銅合金的金相組織分布比較。其中(a)部分為未添加任何元素的64黃銅，(b)部分為添加元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，(c)部分為磷含量為0.01-0.15wt%的低收縮耐腐蝕的黃銅合金。本實(shí)施例中，鈮的含量為
0.07-0.15wt%，磷的含量為 0.08-0.15wt%，錫的含量為 0.1-0.3wt%0
[0042]從圖1 (b)部分的結(jié)果得知，添加元素鈮鑄造能大幅降低黃銅合金的收縮量、提高流動(dòng)性，并且穩(wěn)定黃銅中較耐腐蝕的α相，使黃銅中的α相變多，從而提高了抗脫鋅能力。
[0043]從圖1(c)部分的結(jié)果得知，磷為良好的脫氧劑，添加0.08-0.15?七％磷能大幅提高鑄造時(shí)的流動(dòng)性，且磷會(huì)穩(wěn)定黃銅中耐腐蝕的α相，并擴(kuò)大α相。而添加過(guò)多的錫會(huì)導(dǎo)致黃銅中脆相Y相形成，嚴(yán)重影響耐腐蝕性與機(jī)械性能，因此錫的含量范圍為
0.1-0.3wt%，優(yōu)選為 0.15-0.25wt%o
[0044]此外，本發(fā)明的添加了元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，鉛的含量按重量百分比計(jì)為不大于0.25%。由于鉛幾乎不溶于黃銅中，以游離態(tài)分散于固溶體中能夠明顯地提高銅的切削性能。
[0045]基于過(guò)多的鉛會(huì)污染環(huán)境與傷害人體等顧慮，故本發(fā)明實(shí)施例以不影響生物體的安全性并能達(dá)到易切削黃銅效果的配比進(jìn)行。其中鉛含量為0.08-0.15%的黃銅合金，整體效果最佳。
[0046]—般來(lái)說(shuō)，黃銅切屑依形狀大致分類為卷型屑、C型短屑及片狀屑三種，其中卷型屑可預(yù)期會(huì)粘刀并且影響機(jī)加性能，C型短屑可預(yù)期為具有較好的機(jī)加性能，片狀屑則可預(yù)期機(jī)加性能最好。 [0047]圖2為添加了元素鈮的低收縮耐腐蝕的黃銅合金試片，進(jìn)行切削試驗(yàn)后的不同切屑形狀的立體顯微鏡照片比較。其中(a)部分為添加了元素鈮且鉛含量為0.08-0.15%的低收縮耐腐蝕的黃銅合金卷型屑，(b)部分為添加了元素鈮且鉛含量為0.08-0.15%的低收縮耐腐蝕的黃銅合金切削C型短屑，(c)部分為添加了元素鈮且鉛含量達(dá)2%以上低收縮耐腐蝕的黃銅合金切削的片狀屑，(d)部分為添加了元素鈮且鉛含量為不大于0.25的低收縮耐腐蝕的黃銅合金試片，進(jìn)行切削試驗(yàn)后產(chǎn)生類似片狀屑形狀的立體顯微鏡照片。
[0048]依據(jù)前述，在低收縮耐腐蝕的黃銅合金中添加的元素鈮不但可解決材料開(kāi)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)明的的低收縮耐腐蝕的黃銅合金不僅可大幅降低鉛的使用，提高合金的機(jī)械性能，更能有效降低黃銅合金的的生產(chǎn)成本，對(duì)于商業(yè)量產(chǎn)及應(yīng)用上極具優(yōu)勢(shì)。
[0049]另外，依據(jù)本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，可以使合金中的鉛含量降低至
0.2wt%以下，符合對(duì)于與水接觸的的管線材料的鉛含量的國(guó)際規(guī)定。因此，本發(fā)明的無(wú)鉛磷銅合金有利于制造水龍頭及衛(wèi)浴零組件、自來(lái)水管線、供水系統(tǒng)等的應(yīng)用。
[0050]以下，將以例示性實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0051]試驗(yàn)例1:
[0052]在相同制程及相同操作條件下，分別以本發(fā)明的低收縮耐腐蝕的黃銅合金(實(shí)施例I至3)、鉍無(wú)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: [0053]
【權(quán)利要求】
1.一種低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述合金的組成按重量百分比計(jì)包含: 58-64% 的銅；
0.1-0.3% 的錫； 不大于0.25%的鉛；
0.01-0.15% 的磷； 選自鎳、鈮、鋯或鋁元素中的至少兩種元素且總和為0.01-0.4% ;以及 鋅和不可避免的雜質(zhì)，其中所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金組成中銅加鋅不小于98wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鈮按重量百分比計(jì)為 0.07-0.15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鎳按重量百分比計(jì)為 0.07-0.15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鉛按重量百分比計(jì)為 0.08-0.2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述錫按重量百分比計(jì)為 0.15-0.25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述磷按重量百分比計(jì)為 0.08-0.15%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鋯按重量百分比計(jì)為 0.07-0.15%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鋁按重量百分比計(jì)為 0.07-0.25%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鎳按重量百分比計(jì)為 0.07-0.15%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鉛按重量百分比計(jì)為 0.08-0.2%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述錫按重量百分比計(jì)為 0.15-0.25%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述磷按重量百分比計(jì)為 0.08-0.15%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鋯按重量百分比計(jì)為 0.07-0.15%。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鋁按重量百分比計(jì)為 0.07-0.25%。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低收縮耐腐蝕的黃銅合金，其特征在于所述鎳、鈮、鋯或鋁元素中至少兩種的總和為0.07-0.25%。
【文檔編號(hào)】C22C9/04GK103667776SQ201210321643
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】吳威德, 羅文麟, 呂鴻慶, 林盈君 申請(qǐng)人:摩登島股份有限公司