CN101633987A - 一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭，该合金材料的化学元素组成如下：元素质量百分比，铜：60％～70％；硅：0.7％～3.0％；铝：≤0.15％；铅：≤0.25％；铁：≤0.5％；锡：≤0.3％；磷：≤0.1％；镍：≤0.2％；锑：≤0.25％；余量为锌和不可避免的杂质。本发明的硅黄铜合金材料含铅量大大降低，符合环保健康的要求，同时有具备优良的铸造性能，适合铸造特别是大规模的重力铸造，在洁具行业具有广泛的应用前景。

Description

一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种不含铅的黄铜合金，尤其涉及一种具有优异铸造性能、耐腐蚀性能、后续机加工性能的无铅易切削环保硅黄铜合金材料，其外形表现形式为合金棒或者合金锭。它们特别适用于铸造供水系统铸件、阀件等，是有利于人类健康与环境保护的金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的优良替代品。

背景技术

铅黄铜具有优异的机械性能和物理性能以及良好的铸造性能和切削性能，且价格低廉，因而广泛应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、饮用水系统等，其中尤以Hpb59-1的生产、应用量最大。

然而铅及其化合物是17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废气品中的铅则渗入地下水系统，各种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类健康，影响环境。开发无铅黄铜和无铅青铜来替代饮水系统中的水龙头、水表等用途的铅黄铜和含铅青铜成为了当今金属材料行业所面临的重大课题，也是响应世界循环经济(EHS计划)要求的重要工作。

针对上述情况，现有技术中开发了无铅黄铜合金。现有技术中涉及的无铅黄铜合金主要有中国专利申请200410004292.2，其中公开了一种《无铅铜合金及其应用》，涉及基于铜-锌-锡的无铅铜合金，其组分主要包括60％至70％的铜、0.5至3.5％的锡和其他粘结性元素：0.01％至0.5％铁和/或钴、0.01％至0.5％的镍、0.01至0.5％的锰和/或硅，余量为锌和不可避免的杂质。另外还可选择性地加入最高达3％的镁、最高达0.2％的磷以及最高达0.5％的银、铝、砷、锑、钛、锆。该类无铅铜合金主要应用在电工学和通信技术中的接点、销钉和紧固元件中。还可以用在运输或存储液体或者气体的容器，特别是制冷技术中的容器或者卫生工程中的管道、上水道配件、龙头延长管、管子连接器和阀。上述合金材料兼顾了作为塑性合金、轧制合金或者铸造合金的诸多用途，却造成实践应用过程中的实际缺点。例如在铸造过程中因流动性不佳，若应用在重力铸造当中，会出现裂纹、浇不到、缩孔等更多的铸造缺陷，造成铸件成品率下降，影响铸造成本和铸件作为高档产品的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭以及制备上述棒材或合金锭的方法。利用本发明的无铅环保黄铜合金材料以达到降低铅含量，符合环保健康的要求，同时要使其具备优良的铸造性能，特别是符合大规模的重力铸造的性能要求。

本发明提出的技术方案如下：

一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭，其特征在于，该合金材料的化学组成如下：

元素                        质量百分比

铜：                        60％～70％

硅：                        0.7％～3.0％

铝：                        ≤0.15％

铅：                        ≤0.25％

铁：                        ≤0.5％

锡：                        ≤0.3％

磷：                        ≤0.1％

镍：                        ≤0.2％

锑：                        ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

作为更为优化设计的配方方案，无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭的化学组成如下：

元素                        质量百分比

铜：                        63％～66％

硅：                        0.8％～1.3％

铝：                        ≤0.15％

铅：                        ≤0.25％

铁：                        ≤0.1％

锡：                        ≤0.3％

镍：                        ≤0.2％

磷：                        ≤0.1％

锑：                        ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

一种制备上述的无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

铜+木炭→熔化→添加铜硅中间合金→熔化→锌→搅拌→P-Cu→精炼→取样，炉前分析，成分调整→捞渣，静置→出炉浇注，

第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜，向工频感应炉中加料；

第二步，逐步加热工频感应炉，熔化铜；

第三步，添加铜硅中间合金；

第四步，熔化进行充分搅拌加0#锌，充分搅拌使得合金熔液混合均匀；

第五步，添加P-Cu进行脱氧，添加精炼剂并再次搅拌，所述的精炼剂为Tsi-1精炼剂，其成份组成为：萤石50％、冰晶石20％、硼砂10％、氧化铜20％；

第六步，充分搅拌后在取样分析，成份调整，直至符合上述铸造性能要求；

第七步，静置，捞渣，保温1000～1100℃，电压210V，静置20分钟使杂质沉淀或浮起达到合金熔液净化的目的；

第八步，升温到1150～1160℃出炉浇注成棒材或者合金锭。

上述第六步中分析的内容包括：

①成分分析，分析后调整元素比例；

②金相晶粒检测与流动性试验，如没达到要求添加精炼剂；

③镜面检测，查找并记录硬质点个数。

相对于现有技术，上述技术方案带来了如下技术效果：

第一、本发明的硅黄铜合金材料降低了铜含量，在洁具行业中使得合金的铸造性能提高，降低了洁具的制造成本。

第二、在符合环保健康标准的基础上，本发明利用硅元素代替铅元素，降低了铅含量，使得其铅含量低于0.1％，符合国家对铅含量的强制性要求，控制铅含量以及与其他元素的配合量，使其具备优良的铸造性能，无论是流动性、还是铸件的表面光洁度以及晶粒大小和均匀程度都符合洁具特别是高档洁具的品质要求。

第三、本发明的黄铜合金较现有技术的黄铜合金更利于重力铸造，重力铸造中对合金熔液的流动性要求比普通铸造高得多，代表了洁具行业铸造的趋势，本发明的黄铜合金最突出的是合金熔液的流动性大大提高，保证了黄铜重力铸造的质量和成品率。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭及其制备方法做进一步的详细说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明涉及到的无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭总的成份构成要求如下：

元素                        质量百分比

铜：                        60％～70％

硅：                        0.7％～30％

铝：                        ≤0.15％

铅：                        ≤0.25％

铁：                        ≤0.5％

锡：                        ≤0.3％

磷：                        ≤0.1％

镍：                        ≤0.2％

锑：                        ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

在上述成份要求的前提下，作为一种优化配置达到更好的技术效果，提出如下方案：

元素                        质量百分比

铜：                        63％～66％

硅：                        0.8％～1.3％

铝：                        ≤0.15％

铅：                        ≤0.25％

铁：                        ≤0.1％

锡：                        ≤0.3％

镍：                        ≤0.2％

磷：                        ≤0.1％

锑：                        ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

制备上述适合重力铸造的无铅环保硅黄铜合金材料的方法，该方法包括如下步骤：

铜+木炭→熔化→添加铜硅中间合金→熔化→锌→搅拌→P-Cu→精炼→取样，炉前分析，成分调整→捞渣，静置→出炉浇注，

第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜，向工频感应炉中加料；

第二步，逐步加热工频感应炉，熔化铜；

第三步，添加铜硅中间合金；

第四步，熔化进行充分搅拌加0号锌，充分搅拌使得合金熔液混合均匀；

第五步，添加P-Cu进行脱氧，添加精炼剂并再次搅拌，所述的精炼剂为Tsi-1精炼剂，上述精炼剂的组成为萤石50％、冰晶石20％、硼砂10％、氧化铜20％。

第六步，充分搅拌后在取样分析，成份调整，直至符合上述铸造性能要求；本步骤中分析的内容包括：

①成分分析，分析后调整元素比例；

②金相晶粒检测与流动性试验，如没达到要求添加精炼剂；

③镜面检测，查找并记录硬质点个数。

第七步，静置，捞渣，保温1000～1100℃，电压210V，静置20分钟使杂质沉淀或浮起达到合金熔液净化的目的。

第八步，升温到1150～1160℃出炉浇注成合金棒或者合金锭。合金棒或者合金锭作为硅黄铜合金的半成品，然后再将上述棒材或者合金锭通过铸造以及其他手段加工成成品。

在具体实践中，选用了如下几个突出的成份配比来制造出符合水龙头铸造用的无铅黄铜合金锭。表格中元素含量为质量百分比。

元素	铜	硅	铝	铅	铁	锡	磷	镍	锑	锌和杂质
											实施例一	60	0.7	0.15	0.25	0.5	0.3	0.1	0.2	0.25	37.55
实施例二	70	3.0	0.1	0.1	0.3	0.1	0.05	0.1	0.15	26.1
											实施例三	63	0.8	0.1	0.1	0.1	0.2	0.1	0.2	0.2	35.2
实施例四	66	1.3	0.12	0.15	0.1	0.3	0.1	0.1	0.1	31.23
											实施例五	64	1.0	0.1	0.1	0.2	0.2	0.1	0.1	0.2	34

与现有技术中的黄铜合金的铸造性能比较，试验结果如下：

通过上述试验结果以及实际生产实践，可以知道本发明的一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭具备有优良的铸造性能，铜的含量进一步降低，节约了生产成本，同时较现有黄铜降低了铅的含量，符合环保健康的要求。

Claims (4)

1.一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭，其特征在于，该合金棒或合金锭的化学组成如下：

元素    质量百分比

铜：    60％～70％

硅：    0.7％～3.0％

铝：    ≤0.15％

铅：    ≤0.25％

铁：    ≤0.5％

锡：    ≤0.3％

磷：    ≤0.1％

镍：    ≤0.2％

锑：    ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭，其特征在于，该合金棒或合金锭的优化化学组成如下：

元素    质量百分比

铜：    63％～66％

硅：    0.8％～1.3％

铝：    ≤0.15％

铅：    ≤0.25％

铁：    ≤0.1％

锡：    ≤0.3％

镍：    ≤0.2％

磷：    ≤0.1％

锑：    ≤0.25％

余量为锌和不可避免的杂质。

3.一种制备权利要求1或权利要求2所述的一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

铜+木炭→熔化→添加铜硅中间合金→熔化→锌→搅拌→P-Cu→精炼→取样，炉前分析，成分调整→捞渣，静置→出炉浇注，

第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜，向工频感应炉中加料；

第二步，逐步加热工频感应炉，熔化铜；

第三步，添加铜硅中间合金；

第四步，熔化进行充分搅拌加0#锌，充分搅拌使得合金熔液混合均匀；

第五步，添加P-Cu进行脱氧，添加精炼剂并再次搅拌，所述的精炼剂为Tsi-1精炼剂，其成份组成为：萤石50％、冰晶石20％、硼砂10％、氧化铜20％；

第六步，充分搅拌后在取样分析，成份调整，直至符合上述铸造性能要求；

第七步，静置，捞渣，保温1000～1100℃，电压210V，静置20分钟使杂质沉淀或浮起达到合金熔液净化的目的；

第八步，升温到1150～1160℃出炉浇注成合金棒材或者合金锭。

4.根据权利要求3所述的制备无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭的方法，其特征在于，所述第六步中分析的内容包括：

①成分分析，分析后调整元素比例；

②金相晶粒检测与流动性试验，如没达到要求添加精炼剂；

③镜面检测，查找并记录硬质点个数。