CN102618751B - 一种造币用无镍白铜合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造币用无镍白铜及其制备方法，所述白铜包含元素的质量百分比为：Zn16.0-19.0%、Mn3.0-4.0%、Ti2.3-3.5%、Fe0.3-0.6%、Al0.3-0.6%、Sb0.2-0.4%、Ce0.05-0.2%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。本发明采用多组元合金、复合添加方式，改善合金的综合性能，通过添加锑改善合金的切削性能，通过添加钛、锰、铁、锌、铝代替合金基体中的镍、铜，降低合金的制造成本，可以降低金属原料成本23000-30000元/吨。<b/><b/>

Description

一种造币用无镍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，尤其涉及造币用无镍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，节约资源的优点。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。白铜具有银白色的金属光泽，较高的强度，良好的加工成型性和耐蚀性，加工制品尺寸精度高，表面光洁的特点，是一种优良的造币合金基材。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，影响流通使用。瑞典一位皮肤科专家进行的研究显示，目前，在工业发达国家有15%的女性和2%-5%的男性会对镍产生过敏反应。仅接触含镍合金的1欧元和2欧元硬币5分钟就可能出现包括皮肤过敏、搔痒在内的多种症状。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种低成本、易切削、加工性能优良的造币用的无镍白铜合金及其制备方法。 

上述目的是通过下述方案实现的： 

一种造币用无镍白铜，其特征在于，所述白铜包含元素的质量百分比为：Zn 16.0-19.0%、Mn 3.0-4.0%、Ti 2.3-3.5%、Fe 0.3-0.6%、Al 0.3-0.6%、Sb 0.2-0.4%、Ce 0.05-0.2%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。

一种制备上述无镍白铜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200℃-1220℃；；

2)加入质量百分比0.3-0.6%的Al和11.7-27.8%的Cu;

3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16-19%的Zn;

4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn、Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为3.0-4.0%和2.3-3.5%;

5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使合金中Sb质量百分比0.2-0.4%;

6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使合金中Fe质量百分比0.3-0.6%;

7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入稀土合金铈，使合金中铈质量百分比0.05-0.2%；

8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，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，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫；

11)随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。

本发明的有益效果：本发明采用多组元合金、复合添加方式，改善合金的综合性能，通过添加锑改善合金的切削性能，通过添加钛、锰、铁、锌、铝代替合金基体中的镍、铜，降低合金的制造成本，可以降低金属原料成本23000-30000元/吨。 

附图说明

图1是本发明的制备方法流程图。 

具体实施方式

本发明的造币用无镍白铜含元素的质量百分比为：Zn 16.0-19.0%、Mn 3.0-4.0%、Ti 2.3-3.5%、Fe 0.3-0.6%、Al 0.3-0.6%、Sb 0.2-0.4%、Ce 0.05-0.2%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。 

参见图1，本发明的无镍白铜合金的熔炼操作过程如下： 

1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭（权利要求1的白铜中并没有C？木炭仅作为覆盖剂使用）放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200℃-1220℃。；

2)加入质量百分比0.3-0.6%的Al和11.7-27.8%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。

3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16.0-19.0%的Zn；采用先加铝后加锌的目的，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。 

4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn、Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为3.0-4.0%和2.3-3.5%。 

5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使合金质量百分比0.2-0.4%Sb含量。 

6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使合金质量百分比0.3-0.6%的Fe含量。 

7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入质量百分比0.05-0.2%的稀土合金铈； 

8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，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。高纯氮气载气能够利用浮选作用的原理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) 升温1180℃-1210℃，向铜液中加入0.02%-0.03%的镁，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫；

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。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。添加适量的轻质稀土镧、铈，可以脱氧、脱硫、脱氢，并脱除Pb、Bi等有害杂质，净化铜合金成分。轻质稀土也有极强的变质作用，能够消除铸锭中的枝状晶区，急剧细化晶粒，提高塑性和强度，减少表面裂纹和缺陷，改善合金的深冲性能，明显提高合金的耐蚀性和抗局部腐蚀的能力。 

实施例1 

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0.5%的Al（考虑烧损）和21.7%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，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为18.0%的Zn（考虑烧损）；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的质量百分比分别为3.0%和2.3%。

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0.3%； 

向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0.1%

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℃、向铜液中加入质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 

随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。 

按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：Zn 16.3%，Mn 3.1%，Ti 2.35%，Fe 0.31%，Al 0.34%，Sb 0.2%，Ce 0.07%，余量为铜。 

实施例2 

将质量百分比为60%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0.6%的Al（考虑烧损）和14.5%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，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为19.0%的Zn（考虑烧损）；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的质量百分比分别为3.5%和3.0%。

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0.30%；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0.4%； 

向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0.15%

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℃、向铜液中加入质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 

随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。 

按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：Zn 17.1%，Mn 3.5%，Ti 3.1%，Fe 0.39%，Al 0.40%，Sb 0.28%，Ce 0.13%，余量为铜。 

实施例3 

将质量百分比为63%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25kg。熔炼温度为1180-1210℃。向熔化的铜液中加入质量百分比0.75%的Al（考虑烧损）和14.8%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，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为20.0%的Zn（考虑烧损）；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的质量百分比分别为4.0%和3.5%。

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0.40%；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0.6%； 

向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0.20%

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℃、向铜液中加入质量百分比为0.02%-0.03%的镁脱氧、除硫。 

随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。 

按照此方法所制备的铜合金成分为（质量百分比）：Zn 19.0%，Mn 3.9%，Ti 3.48%，Fe 0.58%，Al 0.60%，Sb 0.38%，Ce 0.19%，余量为铜。 

Claims (1)

1.一种制备造币用无镍白铜的方法，所述无镍白铜包含元素的质量百分比为：Zn 16.0-19.0%、Mn 3.0-4.0%、Ti 2.3-3.5%、Fe 0.3-0.6%、Al 0.3-0.6%、Sb 0.2-0.4%、Ce 0.05-0.2%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200℃-1220℃；

2)加入质量百分比0.3-0.6%的Al和11.7-27.8%的Cu;

3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16-19%的Zn;

4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn、Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为3.0-4.0%和2.3-3.5%;

5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使合金中Sb质量百分比0.2-0.4%;

6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使合金中Fe质量百分比0.3-0.6%;

7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入稀土合金铈，使合金中铈质量百分比0.05-0.2%；

8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，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，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫；

11)随后，升高铜液温度1180-1210℃，出炉。

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