一種廢料再生無鉛黃銅合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種廢料再生無鉛黃銅合金，其按質(zhì)量百分比計(jì)組成為銅56.5％-66％、鉍0.3％-1.9％、錫0.2％-1.1％、鋁0.3％-0.9％、硅0.3％-1.2％、砷0.003％-0.05％、硼0.005％-0.04％、混合稀土0.002％-0.03％、鉛≤0.05％、鐵≤0.1％、鎳≤0.3％、磷≤0.03％、銻≤0.03％、鎘≤0.003％、鉻≤0.003％、硒≤0.1％，余量為鋅及總量不超過0.04％的雜質(zhì)。該再生合金獨(dú)特的組分配方?jīng)Q定了本合金不僅可以用無鉛黃銅廢舊料作為主要原料制作，而且本再生合金各方面的性能不低于甚至優(yōu)于由銅、鋅等精料煉制而成的一次新生合金，既降低了生產(chǎn)成本，而且有效回收了廢舊原料，避免廢舊料流入其他加工鏈可能造成的損害。該合金適合用于飲用水系統(tǒng)的鑄件。
【專利說明】一種廢料再生無鉛黃銅合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金，具體而言涉及一種以廢舊無鉛黃銅為原料煉制的再生無鉛黃銅合金，同時(shí)還涉及該廢料再生無鉛黃銅合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含鉛黃銅合金在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、電器儀表、建筑五金、飲用水管路等。含鉛黃銅合金一般是在銅鋅合金內(nèi)添加I~3%的金屬鉛，鉛可以使黃銅合金具有良好的機(jī)械性能和鑄造性能，易切削，或者通過低壓鑄造、重力鑄造等鑄造方法制作成各種各樣的零部件。眾所周知，鉛對(duì)人體健康和生態(tài)平衡具有破壞作用，世界范圍內(nèi)的趨勢(shì)也是對(duì)含鉛合金的使用進(jìn)行越來越多的限制。日本規(guī)定鉛在飲用水中的浸出量必須小于0.01mg / L，美國規(guī)定必須小于0.0Olmg / L，我國也在相關(guān)方面進(jìn)行了一些立法，如《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》規(guī)定電子信息產(chǎn)品的含鉛量必須小于0.1%?？梢姷秃U量的合金或者無鉛合金會(huì)有越來越多的需求。
[0003]由于鉍在許多化學(xué)性質(zhì)上與鉛接近，由鉍元素替代鉛元素，是制造無毒無害易切肖IJ、耐脫鋅耐腐蝕無鉛環(huán)保黃銅的可行技術(shù)途徑。近年來國內(nèi)外研發(fā)的無鉛環(huán)保黃銅合金，以鉍系列無鉛環(huán)保黃銅為主，如鉍-錫系黃銅，鉍-硒系黃銅，鉍-鋁系黃銅，相關(guān)專利如CN102140593、CN101363086、CN100463987、CN101701304、CN101003871 等。其它系列的無鉛環(huán)保黃銅，如銻黃銅、鎂黃銅、碲黃銅、磷黃銅、石墨黃銅等，目前仍停留在試驗(yàn)研究階段，離產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離 。大量的鉍系黃銅合金會(huì)被越來越多的需要，這也就對(duì)鉍元素的產(chǎn)量提出了更高的需求。據(jù)國際鉍學(xué)會(huì)估計(jì)，若自來水管道配件全部改用鉍基銅合金，僅此一項(xiàng)全世界所需鉍量將達(dá)到4500噸以上，但就鉍目前的全球產(chǎn)量而言，遠(yuǎn)不能提供如此大量的鉍。同時(shí)，大量的鉍系黃銅合金在一定的使用年限后會(huì)被廢棄，如果廢舊料流入銅加工工業(yè)，廢舊料中存在的鉍必將對(duì)銅加工工業(yè)生產(chǎn)的銅制品的性能產(chǎn)生極為負(fù)面的影響。而現(xiàn)有技術(shù)中，目前還沒有摸索出與廢舊無鉛黃銅原料組分和煉制工藝相適應(yīng)的目標(biāo)再生合金的組分配比，因而還難以利用無鉛黃銅廢舊料煉制出有實(shí)際使用價(jià)值的再生無鉛黃銅合金。為了解決無鉛黃銅生產(chǎn)中鉍供給的不足，有效利用無鉛黃銅廢舊料中存在的鉍，同時(shí)防止鉍流入到銅加工工業(yè)循環(huán)鏈中，研發(fā)一種利用無鉛黃銅廢舊料生產(chǎn)高性能再生無鉛黃銅的技術(shù)，成為本領(lǐng)域急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種廢料再生無鉛黃銅合金，該再生合金獨(dú)特的組分配方?jīng)Q定了本合金不僅可以用無鉛黃銅廢舊料作為主要原料進(jìn)行煉制，而且本再生合金各方面的性能不低于甚至優(yōu)于由銅、鋅等精料煉制而成的一次新生合金，既降低了生產(chǎn)成本，而且有效回收了廢舊原料，避免廢舊料流入其他加工鏈可能造成的損害。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]一種廢料再生無鉛黃銅合金，其按質(zhì)量百分比計(jì)組成為:[0007]銅56.5%-66%
[0008]鉍0.3%-1.9%
[0009]錫0.2%-1.1%
[0010]鋁0.3%-0.9%
[0011]硅0.3% -1.2%
[0012]# 0.003% -0.05%
[0013]硼0.005%-0.04%
[0014]混合稀土0.002% -0.03%
[0015]鉛≤0.05%
[0016]鐵≤0.1%
[0017]鎳≤
0.3 %[0018]磷≤0.03%
[0019]銻≤0.03%
[0020]鎘≤0.003%
[0021]鉻≤0.003%
[0022]硒≤0.1%
[0023]余量為鋅，所述混合稀土中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80 % -90 %、鋪5 % _8 鐠4% -10%、釹< 1.0%，且所述四種元素含量總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5%。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述合金的制作方法，技術(shù)方案具體包括如下步驟:
[0025](a)將廢舊銅料進(jìn)行分揀得到無鉛黃銅廢料，然后將無鉛黃銅廢料加入感應(yīng)電爐，同時(shí)添加干餾木炭覆蓋，升溫進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1150°C -1200°C ；
[0026](b)調(diào)溫至995°C _1075°C后添加精煉劑并攪拌，精煉劑質(zhì)量百分比組成為螢石25 %，冰晶石15 %，硼砂30 %，硅砂10 %，氧化銅20 %，經(jīng)過造渣除去廢舊料表面電鍍層及有咅雜質(zhì)；
[0027](C)爐前取樣分析，確認(rèn)化學(xué)成分；
[0028](d)按硅 0.3% -1.2%、砷 0.003% -0.05% Jf 0.005% -0.04%的要求添加適量的含砷質(zhì)量百分比0.003% -0.05%銅砷中間合金、含硼質(zhì)量百分比0.005% -0.04%銅硼中間合金以及含硅質(zhì)量百分比0.3% -1.2%的銅硅中間合金，使合金中含硅0.3%-1.2%,砷 0.003% -0.05% Jf 0.005% -0.04%，攪拌均勻；
[0029](e)添加混合稀土，其中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80% -90 %、鈰5 % _8%，鐠4% -10%、釹< 1.0%，上述元素總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5%，混合稀土在合金總質(zhì)量中的百分比為0.002% -0.03% ；
[0030](f)充分?jǐn)嚢?，取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析、根據(jù)權(quán)利要求1所述的組成調(diào)整成分比例、金相晶粒檢測(cè)和鑄造性能測(cè)試以及在鏡面拋光后金相顯微鏡下檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)夾雜物，若未達(dá)到技術(shù)指標(biāo)則重復(fù)精煉過程至達(dá)標(biāo)，然后在1050°C -1080°C保溫靜置15分鐘；
[0031](g)控溫至1060°C -1100°C，清渣、出爐澆鑄。
[0032]本發(fā)明的有益效果是，針對(duì)目前鉍系列黃銅廢舊料進(jìn)行二次資源回收再生循環(huán)利用，通過適當(dāng)調(diào)配充分利用鉍系列黃銅(鉍-錫系黃銅、鉍-硒系黃銅、鉍-鋁系黃銅)廢舊料中的原有元素，基本不用再添加貴金屬，通過造渣除去廢舊料表面的電鍍層及有害雜質(zhì)，完全達(dá)到新金屬配制合金技術(shù)指標(biāo)。
[0033]鉍元素在合金中的作用，含量為0.3 % -1.9 %，該合金由鉍替代鉛，使合金不含鉛，鉍在合金中類似于鉛的功能，合金中少量的鉍和微量硒的協(xié)同作用使無鉛黃銅獲得超乎預(yù)想的切削性能。
[0034]錫元素在合金中的作用，含量為0.2% -1.1 %，可提高合金的強(qiáng)度，在鑄件表面形成致密的SnO2保護(hù)膜，顯著提高了合金的耐脫鋅耐蝕能力。
[0035]鋁元素在合金中的作用，含量為0.3% -0.9%，鋁對(duì)黃銅組織影響很大，少量的鋁使合金的強(qiáng)度和硬度顯著提高，鋁在合金表面上的離子化傾向比鋅大，優(yōu)先于腐蝕性氣體或溶液中的氧結(jié)合，在無鉛黃銅表面形成堅(jiān)固的Al2O3保護(hù)膜，顯著提高了合金的耐蝕性倉泛。
[0036]硅元素在合金中的作用，含量為0.3% -1.2%，少量的硅能使合金的抗拉強(qiáng)度、硬度顯著提高，硅在無鉛黃銅表面形成一層致密的SiO2保護(hù)膜，顯著提高在大氣和海水中的耐蝕性能，主要的優(yōu)點(diǎn)還在于它提高無鉛黃銅的鑄造性能，合金液流動(dòng)性能，故顯著提高了充型能力，減少疏松傾向使鑄件組織致密，提高了鑄件耐水壓性能。具有斷屑與潤滑作用提高切削性能。
[0037]微量砷和硼在合金中的作用，砷元素0.003% -0.05%，硼元素0.005% -0.04%,微量砷和微量硼以合適的比例同時(shí)添加到合金中，具有較好的細(xì)化晶粒效果，顯著提高合金耐脫鋅耐腐蝕能力，砷硼在最佳的配合比下幾乎不會(huì)發(fā)生脫鋅腐蝕。
[0038]微量混合稀土中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80% -90%、鈰5% _8%，鐠4% _10%、釹^ 1.0%,上述元素總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5 %，具有較好的脫氧、除氣細(xì)化晶粒變質(zhì)效果，使合金晶粒均勻致密，顯著提高無鉛黃銅鑄造性能、切削性能、耐脫鋅耐腐蝕性能，明顯提高了合金液流動(dòng)性。
[0039]微量硒元素在合金中的作用，含量< 0.1%，銅合金中微量硒和少量鉍的協(xié)同作用使黃銅獲得超乎預(yù)想的切削性能，如無鉛黃銅中不含鉍僅含硒其切削性能很低，含鉍黃銅中添加微量硒元素，可使合金的切削性能接近于鉛黃銅。
[0040] 微量磷在合金中的作用，含量< 0.03%，主要作用是脫氧和改善鑄造性能，有效地提高合金液流動(dòng)性和充型能力。微量鎳在合金中的作用，含量< 0.3%，微量的鎳使組織細(xì)化，可提高合金的耐蝕性能。微量的鐵在合金中的作用，含量< 0.1 %，微量的鐵能起細(xì)化晶粒作用，提高合金的強(qiáng)度和硬度。
【具體實(shí)施方式】
[0041]在具體實(shí)施過程中，選用了六組成分配方(見表一)制造出能滿足水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品重力鑄造低壓鑄造工藝要求的無鉛環(huán)保黃銅合金錠，制造方法如下:
[0042]鉍系列黃銅廢舊料+干餾木炭一合金化熔煉一精煉一爐前分析一添加中間合金—添加混合稀土一分析一調(diào)整一靜置一清渣一出爐澆鑄，具體而言:
[0043](a)將廢舊銅料進(jìn)行分揀得到無鉛黃銅廢料，然后將無鉛黃銅廢料加入感應(yīng)電爐，同時(shí)添加干餾木炭覆蓋，升溫進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1150°C -1200°C ；
[0044](b)調(diào)溫至995°C _1075°C后添加精煉劑并攪拌，精煉劑質(zhì)量百分比組成為螢石25%，冰晶石15%，硼砂30%，硅砂10%，氧化銅20%，經(jīng)過造渣出去廢舊料表面電鍍層及有咅雜質(zhì)；
[0045](c)爐前取樣分析，確認(rèn)化學(xué)成分；
[0046](d)按硅 0.3% -1.2%、砷 0.003% -0.05% Jf 0.005% -0.04%的要求添加適量的含砷質(zhì)量百分比0.003% -0.05%銅砷中間合金、含硼質(zhì)量百分比0.005% -0.04%銅硼中間合金以及含硅質(zhì)量百分比0.3% -1.2%的銅硅中間合金，使合金中含硅0.3%-1.2%,砷 0.003% -0.05%,硼 0.005% -0.04%，攪拌均勻；
[0047](e)添加混合稀土，其中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80% -90 %、鈰5 % _8%，鐠4% -10%、釹< 1.0%，上述元素總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5%，混合稀土在合金總質(zhì)量中的百分比為0.002% 0.03% ；
[0048](f)充分?jǐn)嚢?，取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析、根據(jù)表1所述的組成調(diào)整成分比例、金相晶粒檢測(cè)和鑄造性能測(cè)試以及在鏡面拋光后金相顯微鏡下檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)夾雜物，若未達(dá)到技術(shù)指標(biāo)則重復(fù)精煉過程至達(dá)標(biāo)，然后在1050°C -1080°C保溫靜置15分鐘；
[0049](g)控溫至1060°C -1100°C，清渣、出爐澆鑄。
[0050]表一廢料再生無鉛黃銅合金組分配比(質(zhì)量百分比)
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種廢料再生無鉛黃銅合金，其按質(zhì)量百分比計(jì)組成為: 銅 56.5% -66%
鉍 0.3% -1.9%
錫 0.2% -1.1%
鋁 0.3% -0.9%
硅 0.3% -1.2%
砷 0.003% -0.05%
硼 0.005% -0.04% 混合稀土 0.002% -0.03% 鉛≤0.05% 鐵≤0.1% 鎳≤0.3% 磷≤0.03% 銻≤ 0.03% 鎘≤0.003% 鉻≤0.003% 硒≤0.1% 余量為鋅， 所述混合稀土中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80% -90%、鈰5% -8%，鐠4% -10%、釹^ 1.0%，且所述四種元素含量總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5%。
2.如權(quán)利要求1所述的廢料再生無鉛黃銅合金的制備方法，包括如下步驟: (a)將廢舊銅料進(jìn)行分揀得到無鉛黃銅廢料，然后將無鉛黃銅廢料加入感應(yīng)電爐，同時(shí)添加干餾木炭覆蓋，升溫進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1150°C -1200°C ； (b)調(diào)溫至995°C_1075°C后添加精煉劑并攪拌，精煉劑質(zhì)量百分比組成為螢石25%，冰晶石15 %，硼砂30 %，硅砂10 %，氧化銅20 %，經(jīng)過造渣除去廢舊銅料表面電鍍層及有害雜質(zhì)； (C)爐前取樣分析，確認(rèn)化學(xué)成分； (d)按硅0.3% -1.2%、砷 0.003% -0.05% Jf 0.005% -0.04%的要求添加適量的含砷質(zhì)量百分比0.003% -0.05%銅砷中間合金、含硼質(zhì)量百分比0.005% -0.04%銅硼中間合金以及含硅質(zhì)量百分比0.3% -1.2%的銅硅中間合金，攪拌均勻； (e)添加混合稀土，其中按質(zhì)量百分比計(jì)含鑭80% -90 %、鈰5 % -8 %，鐠4 % -10 %、釹^ 1.0%，上述元素總和占混合稀土總質(zhì)量的至少98.5%，混合稀土在合金總質(zhì)量中的百分比為 0.002% 0.03% ； (f)充分?jǐn)嚢瑁舆M(jìn)行化學(xué)成分分析、根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金組成調(diào)整成分比例、金相晶粒檢測(cè)和鑄造性能測(cè)試以及在鏡面拋光后金相顯微鏡下檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)夾雜物，若未達(dá)到技術(shù)指標(biāo)則重復(fù)精煉過程至達(dá)標(biāo)，然后在1050°C -1080°C保溫靜置15分鐘； (g)控溫至1060°C-1100°C，清渣、出爐澆鑄。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK103911525SQ201410128641
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】楊桂香, 楊景周, 楊景浩 申請(qǐng)人:安新縣華昌合金廠