CN102304634B

CN102304634B - 一种锡青铜合金熔炼用精炼剂

Info

Publication number: CN102304634B
Application number: CN2011102487174A
Authority: CN
Inventors: 宋克兴; 张彦敏; 魏军; 周延军; 蔡元京; 刘亚民; 赵保建; 赵培峰; 翟冠峰; 杨国义; 贾淑果; 王青; 张莉
Original assignee: HENAN HONGHE MACHINERY CO Ltd; Henan University of Science and Technology
Current assignee: HENAN HONGHE MACHINERY CO Ltd; Henan University of Science and Technology
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: CN102304634A

Abstract

本发明公开了一种锡青铜合金熔炼用精炼剂，该精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：60-80%的Eu或Eu₂O₃、10-30%的SiO₂、8-10%的Rb₂O₂和0.5-2%的YVO₄或Y₂O₃。该锡青铜合金熔炼用精炼剂具有精炼、清渣、覆盖等功能，其加入后在铜液中产生大量微小气泡，促进铜液中气体逸出与夹杂物上浮，并且由于应用对象锡青铜的锡含量高达8~14%，锡的加入极易形成二氧化锡等夹杂物，该精炼剂可与铜液中SnO₂、Al₂O₃及ZnO等夹杂物反应生成高熔点复合盐，随即受表面张力与气泡的作用而形成浮渣，经扒渣处理后能有效除渣，改善材料内部与表面质量，提高制得的产品的机械性能。

Description

一种锡青铜合金熔炼用精炼剂

技术领域

本发明涉及锡青铜合金技术领域，具体涉及一种锡青铜合金熔炼用精炼剂。

背景技术

固体精炼剂一般是由多种无机盐干燥处理后，按一定比例混合配制而成。在合金熔铸过程中加入适量精炼剂可以起到除气除渣、细化晶粒的作用。目前，铜合金在精炼时用于脱氢脱氧的方法主要有真空法、惰性气体法、氧化法脱氢以及采用磷铜、锂、镁、硼等方法脱氧，但存在脱氢设备成本高、效率低等问题，而脱氧时又存在磷铜弱化铜导电性、镁导致夹杂缺陷，锂价格较贵，硼脱氧效果较差等诸多问题，上述铜的脱氢脱氧精炼技术均难以满足高质量铜合金产品的要求。因此，针对不同的铜合金类型，国内外相关研究人员开发了不同的铜合金专用的精炼剂品种，如黄铜精炼剂、青铜精炼剂、CBF-10铍铜精炼剂等，而仅仅针对青铜精炼剂的研究，也有铝青铜精炼剂、镍青铜精炼剂、高铅青铜精炼剂等多种类型，例如南昌航空工业学院聂小武等人员研究了针对铝青铜、硅青铜等铜合金的精炼剂，精炼剂的组成为60%氯化钠、40%冰晶石或20%冰晶石、20%氟石、60%氟化钠（均为质量分数）。然而，目前针对锡含量8～14%的高锡耐磨锡青铜合金熔炼用精炼剂的研究与开发尚未见有公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种专用于锡含量8～14%的高锡耐磨锡青铜合金熔炼用精炼剂。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锡青铜合金熔炼用精炼剂，由以下重量百分含量的组分组成：60-80%的Eu或Eu₂O₃、10-30%的SiO₂、8-10%的Rb₂O₂和0.5-2%的YVO₄或Y₂O₃。

进一步地，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 60-70%、SiO₂ 20-30%、Rb₂O₂ 8-10%、YVO₄ 0.5-2%，或所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 60-80%、SiO₂ 10-30%、Rb₂O₂ 8-10%、Y₂O₃ 0.5-2%。

优选的，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 66%、SiO₂ 25%、Rb₂O₂ 8%、YVO₄ 1%，或所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 75%、SiO₂ 15%、Rb₂O₂ 8%、Y₂O₃ 2%。

本发明提供的锡含量8～14%的高锡耐磨锡青铜合金熔炼用精炼剂的组成成分有铕、铷、钇稀土元素，其中氧化铕Eu₂O₃能吸收空气中的二氧化碳和水；氧化铷Rb₂O₂具有催化作用；Eu金属粉末与钒酸钇YVO₄协同作用可有效降低合金的晶粒度，提高合金的综合性能；氧化钇Y₂O₃与氧化铕Eu₂O₃中的Eu协同作用，也可以有效降低合金晶粒度，提高合金综合性能。二氧化硅SiO₂吸附性强，能与多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐，后续经扒渣除去，可用作杂质扩散的掩蔽膜和保护层。

本发明提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂具有精炼、清渣、覆盖等功能，其加入后在铜液中产生大量微小气泡，促进铜液中气体逸出与夹杂物上浮，并且由于应用对象锡青铜的锡含量高达8～14%，锡的加入极易形成二氧化锡SnO₂等夹杂物，该精炼剂与铜液中SnO₂、Al₂O₃及ZnO等夹杂物反应生成高熔点复合盐，随即受表面张力与气泡的作用而形成浮渣，经扒渣处理后可实现有效除渣，改善材料内部与表面质量，提高产品机械性能。另外，该精炼剂无毒无害，对环境友好。

在高锡耐磨锡青铜合金制备过程中添加该精炼剂，具有增强熔体流动性，除渣除气，防止产生铸造气孔，细化晶粒，改善产品综合性能等作用。通过添加该精炼剂，制得的高锡耐磨锡青铜合金产品成分均匀，组织细化，偏析得到明显改善。

附图说明

图1为试验例1得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的切面的宏观组织照片；

图2为对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的切面的宏观组织照片；

图3为试验例2得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片；

图4为试验例3得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片；

图5为试验例4得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片；

图6为对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 66%、SiO₂ 25%、Rb₂O₂ 8%、YVO₄ 1%。

实施例2

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 75%、SiO₂ 15%、Rb₂O₂ 8%、Y₂O₃ 2%。

实施例3

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 60%、SiO₂ 30%、Rb₂O₂ 8%、Y₂O₃ 2%。

实施例4

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 80%、SiO₂ 10%、Rb₂O₂ 9.5%、Y₂O₃ 0.5%。

实施例5

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 70%、SiO₂ 18%、Rb₂O₂ 10%、Y₂O₃ 2%。

实施例6

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 60%、SiO₂ 30%、Rb₂O₂ 8%、YVO₄ 2%。

实施例7

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 80%、SiO₂ 10%、Rb₂O₂ 9.5%、YVO₄ 0.5%。

实施例8

本实施例提供的锡青铜合金熔炼用精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 70%、SiO₂ 18%、Rb₂O₂ 10%、YVO₄ 2%。

试验例1

采用实施例1的锡青铜合金熔炼用精炼剂制备高锡耐磨锡青铜合金铸锭，具体步骤为：

（1）准备原材料：取纯度为99.95%的1#电解铜板、纯度为99.90%的1#锡锭、纯度为99.99%的1#镍板、纯度为99.994%的1#铅锭，之后经裁剪、烘干和表面除油处理，待用；

（2）配料：按高锡耐磨锡青铜合金的组成称取经步骤（1）处理后的原材料，其中高锡耐磨锡青铜合金由以下重量百分含量的组分组成：Sn 14%，Pb 2%，Ni 1%，杂质成分Fe、Sb、Al、Zn、P、Si和Bi的总含量为0.28%，余量为Cu；

（3）熔炼：先向熔炼炉中加入约20cm厚的木炭，然后再向熔炼炉中加入电解铜板，迅速加热使电解铜板在微氧化气氛下熔化，温度为1250℃，持续时间40分钟；待电解铜板完全熔化后升温至1550℃并加入纯镍板，继续在微氧化气氛下使纯镍板熔化，持续时间10分钟；待纯镍板熔化后，温度降至1250℃，再加入纯锡锭、纯铅锭进行微氧化气氛下熔炼，持续时间1分钟，熔炼过程中用石墨搅拌棒搅拌，用扒渣棒扒渣；

（4）添加精炼剂：扒渣完毕后温度保持在1250℃并向熔液中加入实施例1提供的精炼剂，精炼剂的用量为熔液总重的0.5%，加入前将精炼剂在150℃温度下进行焙烘50分钟，焙烘好后按加入量称取；将称取好的精炼剂加入熔液内，加入方式采用石墨罩将包裹在纸中的定量精炼剂压入熔液中，并快速用石墨搅拌棒进行从上到下的充分搅拌，使其在溶液中充分扩散，均匀分布；然后温度降至1200℃并静置5分钟，待熔液表面有浮渣时，再利用扒渣棒进行扒渣处理，直至熔液表面无浮渣出现；

（5）浇注：熔液表面无浮渣出现后，待熔液表面拨开熔液呈镜面状后，将熔液转移至浇包内，然后浇注到预热过的铸型中，预热温度为350℃，浇注温度为1150℃，之后冷却，取出，得到高锡耐磨锡青铜合金铸锭。

试验例2

与试验例1的区别仅在于本试验例是采用实施例2的锡青铜合金熔炼用精炼剂来制备高锡耐磨锡青铜合金铸锭，其具体步骤与试验例1相同。

试验例3

与试验例1的区别仅在于本试验例是采用实施例5的锡青铜合金熔炼用精炼剂来制备高锡耐磨锡青铜合金铸锭，其具体步骤与试验例1相同。

试验例4

与试验例1的区别仅在于本试验例是采用实施例8的锡青铜合金熔炼用精炼剂来制备高锡耐磨锡青铜合金铸锭，其具体步骤与试验例1相同。

对比例

不使用精炼剂制备高锡耐磨锡青铜合金铸锭，其制备步骤与试验例1相比省略添加精炼剂步骤，其具体步骤为：

（2）配料：按高锡耐磨锡青铜合金的组成称取经步骤（1）处理后的原材料，其中高锡耐磨锡青铜合金由以下重量百分含量的组分组成：Sn 14%，Pb 2%，Ni1%，杂质成分Fe、Sb、Al、Zn、P、Si和Bi的总含量为0.25%，余量为Cu；

（4）浇注：待熔液表面无浮渣出现后，熔液表面拨开熔液呈镜面状，将熔液转移至浇包内，然后浇注到预热过的铸型中，预热温度为350℃，浇注温度为1150℃，之后冷却，取出，得到高锡耐磨锡青铜合金铸锭。

对试验例1-试验例4以及对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭进行如下测试。

将试验例1和对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭剖切开，各取试验例1和对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭中的一段，将切面部分浸入30%的硝酸水溶液中浸泡15分钟腐蚀，然后用工业纯碱擦拭并用清水进行冲洗后，用肉眼观察试验例1和对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的切面的宏观组织，其中试验例1得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的切面的宏观组织照片见图1所示，对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的切面的宏观组织照片见图2所示。从图1可以看出，精炼剂的加入明显细化了组织晶粒，整个切面组织都是由均匀细小的等轴晶组成。从图2可以看出仅靠近铸型内壁的液态金属由于冷却速度较快形成一层细小的等轴晶外壳，而后以枝晶形式生长，形成与模壁垂直的柱状晶，整个产品切面以大块柱状晶为主，晶粒较粗大。

试验例2、试验例3、试验例4得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭和对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭经打磨、抛光，并用三氯化铁盐酸乙醇溶液（该三氯化铁盐酸乙醇溶液的配制方法为：取三氯化铁3g、浓盐酸2mL、无水乙醇96mL，将无水乙醇用滴管滴入浓盐酸中，再将块状三氯化铁放入盐酸乙醇溶液中进行搅拌溶解即得。）腐蚀后，在OLYMPUS PMG3型倒置式光学金相显微镜下观察合金微观组织，其中试验例2得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片见图3所示，试验例3得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片见图4所示，试验例4得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片见图5所示，对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的微观组织照片见图6所示。从图6可以看出，对比例得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的合金微观组织主要是树枝状结晶，锡元素分布在枝干间，晶粒较粗大，铅也以较大颗粒状的单质点分布于铜基体上，从图3、图4、图5可以看出，试验例2、试验例3、试验例4得到的高锡耐磨锡青铜合金铸锭的合金微观组织中树枝晶仍存在，但晶粒明显变得细小，铅质点的分布也更加弥散均匀，偏析得到明显改善。

Claims

1.一种锡青铜合金熔炼用精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：60-80%的Eu或Eu₂O₃、10-30%的SiO₂、8-10%的Rb₂O₂和0.5-2%的YVO₄或Y₂O₃。

2.根据权利要求1所述的锡青铜合金熔炼用精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 60-70%、SiO₂ 20-30%、Rb₂O₂ 8-10%、YVO₄ 0.5-2%。

3.根据权利要求2所述的锡青铜合金熔炼用精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu 66%、SiO₂ 25%、Rb₂O₂ 8%、YVO₄ 1%。

4.根据权利要求1所述的锡青铜合金熔炼用精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 60-80%、SiO₂ 10-30%、Rb₂O₂ 8-10%、Y₂O₃ 0.5-2%。

5.根据权利要求4所述的锡青铜合金熔炼用精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由以下重量百分含量的组分组成：Eu₂O₃ 75%、SiO₂ 15%、Rb₂O₂ 8%、Y₂O₃ 2%。