專利名稱：防爆鑄造鋁銅基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁銅基合金，是一種新穎的具有防爆性能的鑄造鋁銅基合金。適用于制造煤礦井下、化工、輕工等領(lǐng)域中，在含有高濃度沼氣或其他易燃、易爆氣體環(huán)境下使用的器具。
由于鋁合金具有重量輕、機械性能好的特點，在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但一般鋁合金在含有易燃易爆氣體的煤礦等行業(yè)中的應(yīng)用，由于在使用中容易產(chǎn)生沖擊摩擦火花，引燃易燃易爆氣體而受到限制，為此許多國家開展了鋁合金材料應(yīng)用于上述環(huán)境中安全性問題的研究，并在鋁合金材料的化學(xué)成分對沖擊摩擦火花引起可燃性氣體的影響和關(guān)系方面也作了研究。英國人曾用符合BS1490標準的七種鋁鎂鑄造合金作試驗，把它們與銹鋼沖擊時，產(chǎn)生的摩擦火花的引燃危險性進行試驗，發(fā)現(xiàn)鑄造鋁合金產(chǎn)生的摩擦火花引燃爆炸性氣體的能力與含鎂量有重要的關(guān)系，而這七種合金的最大允許含鎂量為0.5%～11.0%，硅和銅的最大允許含量分別為0.3%～13%和0.1%～4.0%。前蘇聯(lián)的研究人員建議使用含鎂量不超過0.5%的原煉鋁合金制造礦山設(shè)備零件。1950年12月的西德專利1033909提出在高沼氣環(huán)境下使用含銅2～5.5%，鈦2～7%，鈹0.01～0.05%，鎂0.4%鋁合金安全性好。在日本有人提出在硅鋁明中添加微量鈹，可以提高合金的防爆性能。我國國家標準GB 3836《爆炸性環(huán)境中用防爆電氣設(shè)備通用要求》中規(guī)定可以用含鎂量低于0.5%的鋁合金來保證使用時的安全性。根據(jù)這一規(guī)定，在我國煤礦井下的煤電鉆外殼、燈具和儀器儀表殼體等，目前采用含鎂量不大于0.3%的ZL104和ZL401合金。國家標準GB13813-92《煤礦用金屬材料摩擦火花安全性通用試驗方法》規(guī)定，當輕合金材料在自由落錘沖擊試驗中，重錘沖擊32次的情況下，未發(fā)生一次引燃試驗氣體，方為該輕合金材料摩擦火花安全性合格，即防爆性能合格，否則為不合格。將ZL104和ZL401以及國家標準中各牌號鋁硅系、鋁銅系、鉛鋅系的鑄造合金，按照GB13813-92的規(guī)定，進行防爆性能試驗，著火率均大于10%，都達不到要求。對前述的西德1033909號專利和日本人提出的硅鋁明加微量鈹這兩種材料也按GB13813-92進行測試，它們的著火率均大于30%，達不到該標準的要求。
本發(fā)明的任務(wù)在于尋求一種適于制造在含有高沼氣或其他易燃易爆氣體環(huán)境中使用的器具的防爆鑄造鋁合金。
本發(fā)明的防爆鑄造鋁銅基合金，其特征在于在鋁-銅基合金中加入選自錫、鉛、鉍、鋅四種元素中的兩種或兩種以上的元素，其合金成分(重量百分比)為Cu3.3～5.7%，Sn0～2.5%，Pb0～3.0%，Bi0～3.0%，Zn0～2.5%，且錫、鉛、鉍、鋅四種元素的含量總和為0.5～5.0%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)，其中Mg<0.05%，F(xiàn)e<0.5%。在合金中還可以加入硅、錳、鈦、硼、鈹元素，其加入量(重量百分比)為Si0.9～2.5%，Mn0.2～0.6%，Ti0.1～0.3%，B0.02～0.04%，Be0.01～0.05%。
該合金具有可靠的防爆性能、機械性能、耐腐蝕性能和優(yōu)良的鑄造性能，且成本低廉。
本發(fā)明各合金元素的作用是鋁銅是基體元素。
硅 適量添加能改善合金鑄造性能和機械性能，同時使合金具有較好的氣密性。
錳 用于中和雜質(zhì)鐵的有害作用，提高合金的保溫強度和高溫性能。
鈦、硼、鈹 作用是細化合金晶粒，提高強度并改善合金的塑性，增加韌性。
加入總量不超過5.0%的錫、鉛、鉍、鋅，可以明顯改善鋁銅合金的防爆性能，而且不影響合金的鑄造性能和機械性能。
本發(fā)明合金中，雜質(zhì)元素鎂的含量應(yīng)該嚴格限制，不得超過0.05%，同時按要求Fe<0.5%，否則將惡化本合金的防爆性能。
按照本發(fā)明配方制造的防爆鑄造鋁銅基合金，由于多種微量添加元素的存在和它們之間的相互匹配作用，保證了該合金具有優(yōu)良的機械性能、鑄造性能、抗腐蝕性能和防爆性能。其防爆安全性能全面滿足GB13813-92的規(guī)定，可以在惡劣的環(huán)境中使用。
本發(fā)明的防爆鑄造鋁銅基合金，配制熔煉是在電阻爐石坩堝中進行，各合金化元素均以鋁基二元素中間合金形式加入，熔煉溫度700～760℃，除氣精煉劑是氮氣，精煉除氣時間10～15分鐘，精煉溫度730～740℃，澆注溫度720℃，可以采用砂型鑄造、金屬模鑄造或壓力鑄造而成鑄件制品。
用本發(fā)明的鑄造鋁銅基合金制成鑄件，按照GB13813-92的規(guī)定進行防爆性能試驗，完全符合要求。本發(fā)明成功地解決了在煤礦井下及其他易燃易爆氣體存在的危險環(huán)境中使用鋁合金材料的安全性問題。
表1為本發(fā)明合金與對比合金ZL104，ZL401，ZL201的化學(xué)成份。
表2為本發(fā)明合金與對比合金ZL104，ZL401，ZL201的物理性能、鑄造性能、機械性能和防爆性能。
表3為本發(fā)明的實施例。
表3中各種化學(xué)元素在合金中所占的份量都是按重量百分比計算，雜質(zhì)元素鎂的含量均不大于0.05%。
注表中成份為重量百分比


權(quán)利要求
1.防爆鑄造鋁銅基合金，其特征在于在鋁-銅基合金中加入選自錫、鉛、鉍、鋅四種元素中的兩種或兩種以上的元素，其合金成分(重量百分比)為Cu3.3～5.7%，Sn0～2.5%，Pb0～3.0%，Bi0～3.0%，Zn0～2.5%，且錫、鉛、鉍、鋅四種元素的含量總和為0.5～5.0%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)，其中Mg＜0.05%，F(xiàn)e＜0.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-銅基合金，其特征在于合金中還可以加入硅、錳、鈦、硼、鈹元素，其加入量(重量百分比)為Si0.9～2.5%，Mn0.2～0.6%，Ti0.1～0.3%，B0.02～0.04%，Be0.01～0.05%。
全文摘要
防爆鑄造鋁銅基合金，適用于制造含有高沼氣及其他易燃易爆氣體環(huán)境中使用的器具。其特征在于在鋁-銅基合金中加入選自錫、鉛、鉍、鋅四種元素中的兩種或兩種以上的元素。該合金具有可靠的防爆性能、機械性能、耐腐蝕性能和優(yōu)良的鑄造性能，且成本低廉。提供了一種能在有易燃易爆氣體環(huán)境中使用的新型鋁合金。
文檔編號C22C21/18GK1108313SQ94119438
公開日1995年9月13日 申請日期1994年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者劉東起, 陳偉, 許儀 申請人:北京冶煉廠