CN106119579A - 一种锡磷青铜带的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡磷青铜带的制备方法，属于锡磷青铜带制备技术领域。本发明称取偏磷酸，通入纯氮气后，抽真空反应，反应物于三次冷阱中静置后，得磷化氢，将其通入装有氧化锡和锌粉的管式炉中反应，再与氢氧化钠溶液反应，干燥后放入装有铜粉和硫代硫酸钠的三口烧瓶中反应，得混合熔融物，于模具中压制得坯体，经保温、洗涤、冷轧、再保温制得锡磷青铜带。本发明的有益效果是：本发明制备步骤简单，低熔点的Sn和P扩散速度提高了10～15%，凝固时无反偏析现象发生；所得产品弯曲性能提高了15～22%，无横向弯曲裂纹产生。

Description

一种锡磷青铜带的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锡磷青铜带的制备方法，属于锡磷青铜带制备技术领域。

背景技术

锡磷青铜是一种合金铜，具有良好的导电性能，不易发热、确保安全同时具备很强的抗疲劳性。锡磷青铜的插孔簧片硬连线电气结构，无铆钉连接或无摩擦触点，可保证接触良好，弹力好，拨插平稳。用于、中速、重载荷有轴承，工作最高温度250℃。具有自动调心对偏斜不敏感，轴承受力均匀承载力高，可同时受径向载荷，自润滑无需维护等特性。用于制作弹簧和导电性好的弹簧接触片，精密仪器中的耐磨零件和抗磁零件，如齿轮、电刷盒、振动片、接触器等。锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡磷青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。当前，广泛应用于新兴领域电子产品的锡磷青铜带材。锡磷青铜板带材的生产工艺通常采用水平连铸获取大卷重带坯，经均匀化退火后铣面，再用大加工率冷轧开坯，用冷轧和退火的方式生产。铜中添加锡，以磷作脱氧剂组成三元合金，组织中铜的磷化物（Cu₃P） 存在易引起热脆。同时该合金结晶温度范围宽，低熔点的Sn和P 扩散速度慢，在合金凝固时易出现严重的反偏析，且锡易与氧生成脆硬的SnO₂相等。水平连铸时，出现显微缩孔、疏松、枝晶偏析和反偏析等组织缺陷，还有可能生成粗大的α+δ相柱晶，导致材料弯曲性能差，易萌生横向弯曲裂纹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对铜中添加锡，以磷作脱氧剂组成三元合金，组织中铜的磷化物存在易引起热脆，且该合金结晶温度范围宽，低熔点的Sn和P扩散速度慢，在合金凝固时易出现严重的反偏析现象，导致材料弯曲性能差，易萌生横向弯曲裂纹的弊端，提供了一种称取偏磷酸，通入纯氮气后，抽真空反应，反应物于三次冷阱中静置后，得磷化氢，将其通入装有氧化锡和锌粉的管式炉中反应，再与氢氧化钠溶液反应，干燥后放入装有铜粉和硫代硫酸钠的三口烧瓶中反应，得混合熔融物，于模具中压制得坯体，经保温、洗涤、冷轧、再保温制得锡磷青铜带的方法。本发明制备步骤简单，凝固时无反偏析现象发生，所得产品弯曲性能好。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）称取100～150g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至200～220℃，反应1～2h，随后将反应物分别导入-100～-90℃冷阱、-125～-110℃冷阱和-186～-160℃液氮冷阱中各静置20～25min后，收集磷化氢；

（2）分别称取100～120g氧化锡和15～20g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为18～20mL/min，通入时间为12～15min，通入完毕后，反应4～6h；

（3）待上述反应完成后，向管式炉中添加10～15mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应3～5h，随后将所得的反应物放入50～60℃真空干燥箱中干燥1～2h，得干燥物；

（4）分别称取30～50g铜粉和5～7g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至50～58℃，搅拌反应40～50min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至150～220℃，静置反应2～3h，得混合熔融物；

（5）将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为10～25MPa，温度为280～300℃，压制10～30min，得锡磷青铜带坯体，将其在450～550℃下保温5～6h，并用质量浓度为1.2～1.6g/L氯化钠溶液洗涤1～2次，随后对其进行冷轧，再将其置于230～260℃下保温1～2h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。

本发明制得的锡磷青铜带抗拉强度为580～655MPa，弹性模量为455～550MPa，硬度为105～145HB，伸长率为17～25%，厚度为0.22～0.28mm。

本发明的原理：

（1）通过在装有偏磷酸的密闭反应器中通入纯氮气，抽真空反应，反应物于三次冷阱中静置后，得磷化氢气体；

（2）再通过氧化锡与锌粉混合，通入磷化氢气体反应；

（3）在上述（2）反应物中加入氢氧化钠溶液，反应物中的氧化锌与氢氧化钠溶液反应生成偏锌酸钠和水；

（4）将步骤（3）反应所剩余的物质与铜粉、硫代硫酸钠混合呈混合熔融物，经压制、保温、洗涤钝化、冷轧、低温热处理制得锡磷青铜带。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明制备步骤简单，低熔点的Sn和P扩散速度提高了10～15%，凝固时无反偏析现象发生；

（2）所得产品弯曲性能提高了15～22%，无横向弯曲裂纹产生。

具体实施方式

首先称取100～150g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至200～220℃，反应1～2h，随后将反应物分别导入-100～-90℃冷阱、-125～-110℃冷阱和-186～-160℃液氮冷阱中各静置20～25min后，收集磷化氢；然后分别称取100～120g氧化锡和15～20g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为18～20mL/min，通入时间为12～15min，通入完毕后，反应4～6h；待上述反应完成后，向管式炉中添加10～15mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应3～5h，随后将所得的反应物放入50～60℃真空干燥箱中干燥1～2h，得干燥物；再分别称取30～50g铜粉和5～7g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至50～58℃，搅拌反应40～50min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至150～220℃，静置反应2～3h，得混合熔融物；最后将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为10～25MPa，温度为280～300℃，压制10～30min，得锡磷青铜带坯体，将其在450～550℃下保温5～6h，并用质量浓度为1.2～1.6g/L氯化钠溶液洗涤1～2次，随后对其进行冷轧，再将其置于230～260℃下保温1～2h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。

实例1

首先称取100g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为20mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至200℃，反应1h，随后将反应物分别导入-100℃冷阱、-125℃冷阱和-186℃液氮冷阱中各静置20min后，收集磷化氢；然后分别称取100g氧化锡和15g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为18mL/min，通入时间为12min，通入完毕后，反应4h；待上述反应完成后，向管式炉中添加10mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应3h，随后将所得的反应物放入50℃真空干燥箱中干燥1h，得干燥物；再分别称取30g铜粉和5g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至50℃，搅拌反应40min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至150℃，静置反应2h，得混合熔融物；最后将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为10MPa，温度为280℃，压制10min，得锡磷青铜带坯体，将其在450℃下保温5h，并用质量浓度为1.2g/L氯化钠溶液洗涤1次，随后对其进行冷轧，再将其置于230℃下保温1h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。本发明制备步骤简单，低熔点的Sn和P扩散速度提高了10%，凝固时无反偏析现象发生；所得产品弯曲性能提高了15%，无横向弯曲裂纹产生；制得的锡磷青铜带抗拉强度为580MPa，弹性模量为455MPa，硬度为105HB，伸长率为17%，厚度为0.22mm。

实例2

首先称取125g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为21mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至210℃，反应1h，随后将反应物分别导入-95℃冷阱、-117℃冷阱和-168℃液氮冷阱中各静置23min后，收集磷化氢；然后分别称取110g氧化锡和18g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为19mL/min，通入时间为14min，通入完毕后，反应5h；待上述反应完成后，向管式炉中添加13mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应4h，随后将所得的反应物放入55℃真空干燥箱中干燥2h，得干燥物；再分别称取40g铜粉和6g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至54℃，搅拌反应45min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至185℃，静置反应3h，得混合熔融物；最后将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为17MPa，温度为290℃，压制20min，得锡磷青铜带坯体，将其在500℃下保温6h，并用质量浓度为1.4g/L氯化钠溶液洗涤2次，随后对其进行冷轧，再将其置于245℃下保温2h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。本发明制备步骤简单，低熔点的Sn和P扩散速度提高了13%，凝固时无反偏析现象发生；所得产品弯曲性能提高了18%，无横向弯曲裂纹产生；制得的锡磷青铜带抗拉强度为412MPa，弹性模量为502MPa，硬度为125HB，伸长率为21%，厚度为0.25mm。

实例3

首先称取150g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为22mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至220℃，反应2h，随后将反应物分别导入-90℃冷阱、-110℃冷阱和-160℃液氮冷阱中各静置25min后，收集磷化氢；然后分别称取120g氧化锡和20g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为20mL/min，通入时间为15min，通入完毕后，反应6h；待上述反应完成后，向管式炉中添加15mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应5h，随后将所得的反应物放入60℃真空干燥箱中干燥2h，得干燥物；再分别称取50g铜粉和7g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至58℃，搅拌反应50min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至220℃，静置反应3h，得混合熔融物；最后将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为25MPa，温度为300℃，压制30min，得锡磷青铜带坯体，将其在550℃下保温6h，并用质量浓度为1.6g/L氯化钠溶液洗涤2次，随后对其进行冷轧，再将其置于260℃下保温2h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。本发明制备步骤简单，低熔点的Sn和P扩散速度提高了15%，凝固时无反偏析现象发生；所得产品弯曲性能提高了22%，无横向弯曲裂纹产生；制得的锡磷青铜带抗拉强度为655MPa，弹性模量为550MPa，硬度为145HB，伸长率为25%，厚度为0.28mm。

Claims (1)

1.一种锡磷青铜带的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取100～150g偏磷酸放入密闭反应器中，同时从密闭反应器底部通入纯氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，将密闭反应器中的空气置换出，置换完成后，对其抽真空至120Pa，再加热至200～220℃，反应1～2h，随后将反应物分别导入-100～-90℃冷阱、-125～-110℃冷阱和-186～-160℃液氮冷阱中各静置20～25min后，收集磷化氢；

（2）分别称取100～120g氧化锡和15～20g锌粉，放入管式炉中，同时向管式炉中通入磷化氢，控制磷化氢通入速率为18～20mL/min，通入时间为12～15min，通入完毕后，反应4～6h；

（3）待上述反应完成后，向管式炉中添加10～15mL质量浓度为1.6mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应3～5h，随后将所得的反应物放入50～60℃真空干燥箱中干燥1～2h，得干燥物；

（4）分别称取30～50g铜粉和5～7g硫代硫酸钠放入三口烧杯中，以3℃/min速率程序升温至50～58℃，搅拌反应40～50min，随后按质量比1:1，将上述所得的干燥物放入反应物中，加热升温至150～220℃，静置反应2～3h，得混合熔融物；

（5）将上述所得的混合熔融物倒入锡磷青铜带模具中，控制施加压力为10～25MPa，温度为280～300℃，压制10～30min，得锡磷青铜带坯体，将其在450～550℃下保温5～6h，并用质量浓度为1.2～1.6g/L氯化钠溶液洗涤1～2次，随后对其进行冷轧，再将其置于230～260℃下保温1～2h，再以5℃/min速率程序降温至室温，即制得一种锡磷青铜带。