CN102618749B - 一种造币用白铜合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造币用白铜，所述白铜包含元素的质量百分比为：Ni8.0-10.0%、Zn16.0-19.0%、Mn3.0-5.0%、Ti1.8-2.5%、Fe0.5-0.9%;Al0.3-0.7%、Sb0.2-0.5%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。本发明通过采用低价金属锌、锰、铝代替贵金属镍，可以大幅度降低铜基金属流通币的生产、制造成本；通过添加微量的Sb改善金属流通币生产、制造的后续加工性能；通过添加微量的铁提高金属流通币的耐磨蚀性能；通过添加Al、Ti等合金元素，提高金属流通币的耐腐蚀性能、增强金属货币的美观度和银白色光泽感。

Description

一种造币用白铜合金的制备方法

技术领域

本发明涉及铜及铜合金加工，属于金属材料合金化、材料防腐及合金熔炼技术领域，尤其涉及一种造币用白铜合金及其制备方法。 

背景技术

金属硬币具有整洁度高，携带的病菌少，有利于人民身体健康；硬币耐磨损，流通周期长，发行成本较小，节约资源，推广使用硬币利国利民 。我国自建国以来，已经使用过镍币、钢币、铝币和铜币。我国镍资源紧缺，镍作为一种昂贵的战略资源，将镍加工成金属流通币使用，由于材质成本过高，在经济上是不合适的。采用钢芯材料压印制造金属流通币存在的问题是：其一，是钢芯表面的镀层易磨损、剥落，影响美观和流通寿命。其二，钢芯流通币易于仿造，严重扰乱市场经济秩序。铝币颜色银白，有强烈的金属光泽，但由于单个的铝币分量较轻，在自动售货机上的识别效果不佳。铜作为一种古老的金属，在世界很多国家都有作为金属流通币使用的历史。由于铜离子能够杀死病菌，铜基金属流通币具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。铜作为金属流通币使用时，为了使其具有银白色的金属光泽，往往要在铜基体合金中添加15%左右的镍，加之近年来铜价持续走高，使得铜基金属流通币可能的制造成本大幅攀升。 

例如，专利[200410100427.5]提出的一种造币用铜合金的化学成分为：Cu 67.0-69.0%; Ni14.0-16.0%; Zn15.0-19.0%。使用该合金作为流通币基材存在以下问题：一是镍含量高，制造成本高；二是合金的耐蚀性能不理想；三是合金的切削性能较差，影响后续的制币加工。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种白铜造币合金及其制备方法。 

上述目的是通过下述方案实现的： 

一种造币用白铜，其特征在于，所述白铜包含元素的质量百分比为：Ni8.0-10.0%、Zn16.0-19.0%、Mn3.0-5.0%、Ti1.8-2.5%、Fe0.5-0.9%; Al0.3-0.7%、 Sb0.2-0.5%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。

一种制备权利要求1所述白铜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

1)将质量百分比为45.5%-54.3%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭，木炭的用量为每吨铜15-25kg，熔炼温度为1180-1210℃。

2)加入质量百分比8.0-10.0%的Ni； 

3)步骤2)加入的Ni熔化后加入质量百分比Al0.5-0.9%的Al和15%的Cu；

4)步骤3)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比Zn17.0-20.0%的Zn；

5)步骤4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为3.0-5.0%和1.8-2.5%；

6）步骤5)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.2-0.5%；

7）步骤6)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.5-0.9%；

8)步骤7)加入的中间合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣；

9) 取样分析；

10) 升温1180-1210℃、向铜液中加入0.02%-0.03%的镁；

11)随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。

有益效果：铜基金属流通币具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。本发明通过采用低价金属锌、锰、铝代替贵金属镍，可以大幅度降低铜基金属流通币的生产、制造成本；通过添加微量的Sb改善金属流通币生产、制造的后续加工性能；通过添加微量的铁提高金属流通币的耐磨蚀性能；通过添加Al、Ti等合金元素，提高金属流通币的耐腐蚀性能、增强金属货币的美观度和银白色光泽感。 

附图说明

图1是本发明的熔炼方法的流程图。 

具体实施方式

本发明的造币用白铜包含元素的质量百分比为：Ni8.0-10.0%、Zn16.0-19.0%、Mn3.0-5.0%、Ti1.8-2.5%、Fe0.5-0.9%; Al0.3-0.7%、 Sb0.2-0.5%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。 

参见图1，本发明的白铜合金的熔炼操作过程如下： 

1) 将质量百分比为45.5%-54.3%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭（木炭仅作为覆盖剂使用）。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210℃。

2)加入质量百分比8.0-10.0%的Ni；在这里，镍是通过合金化而溶解入铜液中。 

3)步骤2)加入的Ni熔化后加入质量百分比Al0.5-0.9%的Al和15%的Cu； 

向合金中加铝时，由于铝在铜中溶解会放出大量的热，激烈的放热反应可能使铜液熔池局部温度升高200℃，造成金属烧损增加。采用冷料与铝同时添加的方式，利用铝的溶解热熔化冷料，可以达到降低能耗和金属烧损的目的。

4)步骤3)加入的Al和Cu熔化后，4)步骤3)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比Zn17.0-20.0%的Zn；采用先加铝后锌的目的，一是利用低价的金属铝对铜液脱氧，减少金属锌等金属的烧损；二是利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。 

5)步骤4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为3.0-5.0%和1.8-2.5%； 

6）步骤5)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.2-0.5%；

7）步骤6)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.5-0.9%；

8)步骤7)加入的中间合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣；待所有的合金元素熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0.1%-0.2%的冰晶石精炼剂。向铜液中吹入冰晶石能清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。高纯氮气载气能够清除铜液中的夹杂异物，降低铜液中的气体含量，其除气的原理是：通入到铜液中的氮气或者氩气，在铜液中形成弥散的惰性气体气泡，气泡中的氢分压为零，合金熔体中的氢分压远大于气泡中的氢分压，熔体中的氢不断向气泡表面扩散并聚合为分子氢而进入气泡中，随气泡的上升、逸出而排入大气，达到除氢的目的。吹入熔体中的惰性气体气泡越小、数量越多、分布越弥散，除氢效果越好。气体吹炼时间为3-5分钟。

采用惰性气体精炼铜液，可以减少锌白铜喷火的次数，从而减少金属锌的损失。 

9) 取样分析； 

10) 将铜液升温至1180-1210℃、向铜液中加入镁质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫； 

11)随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。

在白铜熔炼过程中，合理的加料与熔化顺序、准确地控制熔炼温度都有利于减少造渣和减少熔炼金属损耗。 

锌白铜熔体的质量与原料质量有很大的关系。一般情况下，本合金的工艺废料使用量不应超过80%，多次重熔使用的旧料可能导致合金中的碳含量过高，从而导致合金轧制困难。为了防止熔体增氢、减少金属烧损，加工过程中的各种锯屑应该经过充分干燥、打包后回炉使用。 

合金中加入铁是作为变质剂使用，变质处理的作用：清除铸锭组织中粗大的柱状晶，细化铸锭的结晶组织，提高合金的冷热加工性能和强度。 

实施例1 

将质量百分比为46%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210℃。向熔化的铜液中加入质量百分比8.3%的Ni，使金属镍通过合金化而溶解入铜液中。待Ni熔化后，向铜液中加入质量百分比为0.5%的Al和15%的Cu；采用冷料铜与铝同时添加的方式，可以利用铝的溶解热熔化冷料铜，达到降低能耗和金属烧损的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比17.0 %的Zn；采用先加铝后加锌的目的，可以利用低价的金属铝对铜液脱氧，并利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为3.0%和1.8%；向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.20%；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.5%；

待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0.1%-0.2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。气体吹炼时间为3-5分钟。

取样分析，待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210℃、向铜液中加入镁质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 

随后，升高铜液温度使其达到锌的沸点，利用锌在铜液中产生锌蒸汽使铜液沸腾，从铜液中溢出的锌蒸汽与空气中的氧接触发生剧烈的燃烧，喷大火三次以上，出炉。 

按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：8.1%的Ni、0.3%的Al、16.0 %的Zn、3.0%的Mn、1.88%的Ti、0.21%的Sb、0.53%的Fe，余量为铜。 

实施例2

将质量百分比为50%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210℃。向熔化的铜液中加入质量百分比9.2%的Ni，待Ni熔化后，向铜液中加入质量百分比为0.7%的Al和14.5%的Cu。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比18.0 %的Zn；待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为4.0%和2.2%；向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.3%；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.7%；

　　待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0.1%-0.2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。气体吹炼时间为3-5分钟。待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210℃、向铜液中加入镁质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 随后，升高铜液温度使其达到锌的沸点，喷大火三次以上，出炉。

　　按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：8.89%的Ni、0.57%的Al、17.4%的Zn、3.81%的Mn、2.19%的Ti、0.27%的Sb、0.59%的Fe，余量为铜。 

实施例3 

将质量百分比为55%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210℃。向熔化的铜液中加入质量百分比10.2%的Ni，待Ni熔化后，向铜液中加入质量百分比为0.9%的Al和14.5%的Cu。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比20.0 %的Zn；待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为5.0%和2.5%；向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.5%；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.9%；

待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0.1%-0.2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。气体吹炼时间为3-5分钟。待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210℃、向铜液中加入镁质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 随后，升高铜液温度使其达到锌的沸点，喷大火三次以上，出炉。

按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：9.9%的Ni、0.69%的Al、18.7 %的Zn、4.8%的Mn、2.46%的Ti、0.48%的Sb、0.87%的Fe，余量为铜。 

Claims (1)

1.一种制备造币用白铜的方法，其特征在于，所述白铜包含元素的质量百分比为：Ni8.0-10.0%、Zn16.0-19.0%、Mn3.0-5.0%、Ti1.8-2.5%、Fe0.5-0.9%; Al0.3-0.7%、 Sb0.2-0.5%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜，所述方法包括以下步骤：

1) 将质量百分比为45.5%-54.3%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭，木炭的用量为每吨铜15-25kg，熔炼温度为1180-1210℃；

2)加入质量百分比8.0-10.0%的Ni；

3)步骤2)加入的Ni熔化后加入质量百分比0.5-0.9%的Al和15%的Cu；

4)步骤3)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比17.0-20.0%的Zn；

5)步骤4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比为3.0-5.0%和1.8-2.5%；

6）步骤5)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0.2-0.5%；

7）步骤6)加入的中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0.5-0.9%；

8)步骤7)加入的中间合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣；

9) 取样分析；

10) 升温1180-1210℃、向铜液中加入0.02%-0.03%的镁；

11)随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。