CN108588472B - 一种含金属氢化物无铅易切削黄铜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含金属氢化物无铅易切削黄铜及其制备方法，其特征是在于包含1～15wt%金属氢化物。制备方法按以下步骤：在一定氢气条件下，使合金中可氢化的合金元素吸氢生成金属氢化物，最终得到含金属氢化物无铅易切削黄铜，其中原材料黄铜合金中至少有一种可氢化合金元素，要求可氢化合金元素能够与基体合金元素形成均匀的合金或固溶体。本发明提出的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法可用于规模化生产，得到的含金属氢化物无铅易切削黄铜适用于金属加工领域，尤其改善了黄铜的切削加工性能；该方法工艺简单，所需的原料储备丰富，得到的含金属氢化物无铅易切削黄铜没有污染性，符合环保要求。

Description

一种含金属氢化物无铅易切削黄铜及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域。涉及一种黄铜合金及其制备方法。
背景技术
黄铜（Cu-Zn合金）尽管具有优良的导电导热和抗菌性能，但极差的切削性能限制了它的使用范围。目前改善材料的切削加工性能常用的措施有两项：一是调整材料的化学成分；二是通过热处理改变材料的金相组织和物理性能。在大批量生产中，一般是通过调整材料的化学成分而使其切削加工性能得到改善。铅黄铜（Cu-Zn-Pb合金）因为克服了黄铜切削性能极差的缺点而广泛应用于水暖器材、玩具和钟表等行业。但铅黄铜固有的水溶性铅浸出会严重污染环境和损害人的身体健康，即使对含铅合金进行相应的防护处理，仍然无法完全抑制铅的析出，自1992年世界卫生组织提出饮用水的铅含量要低于1.1×10-5后，无铅易切削黄铜就成为了一个必须攻克的难题。
科研人员已经试图用其他元素代替铅，该种元素最理想的状态是几乎不能与基体固溶，而以金属或非金属夹杂物的形态弥散分布，并且呈球状或纺锤状。目前应用的主要有铋、镁、石墨等。在类铅元素中，研究最早的是铋黄铜，铋改善黄铜切削性能的机制与铅类似，其在黄铜基体中的固溶度极少，以弥散状态分布于黄铜基体上，弥散分布的单质脆性颗粒产生的断屑效应改善了黄铜的切削性能，但铋等类铅元素引起的晶界脆化会损害合金的力学性能，同时铋等类铅元素的资源稀缺也限制了这类合金的大范围应用；镁元素会与铜形成具有熔点高、硬度高、脆性大的金属间化合物，在切削过程中这些金属间化合物能够起到断屑、减少焊合的作用，但镁极易于腐蚀导致合金的耐腐蚀性能较差；石墨因为脆而软而被认为可以替代铅成为改善黄铜切削性能的合金元素，但石墨的润湿性不好，密度小，在铸造过程中易上浮，难以在黄铜基体上生成像铅颗粒一样均匀分布的石墨颗粒。
发明内容
本发明的目的是提供一种不含铅的具有较好的切削性能和耐腐蚀性能的绿色环保含金属氢化物易切削黄铜及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征是在于包含1～15wt%金属氢化物。
本发明所述的一种含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法，其特征是按以下步骤：在氢气条件下，使黄铜合金中可氢化的合金元素吸氢生成金属氢化物，得到含金属氢化物无铅易切削黄铜，其中原材料黄铜合金中至少有一种可氢化合金元素，能够与基体合金元素形成均匀的合金或固溶体。
所述的可氢化合金元素为稀土、钛、铁、钙、锆、镁、钒等具有较好储氢能力的元素，同时黄铜合金原材料中可氢化合金元素的含量应控制在0.8～14wt%之间，以保证含金属氢化物无铅黄铜具有良好的切削性能。
本发明所述的一种含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征在于：原材料中包含稀土、钛、铁、钙、锆、镁、钒之一种或多种可氢化合金元素，在一定氢气条件反应生成金属氢化物。
本发明氢气反应的氢压优选为0.1～10MPa；氢化温度优选为25～600℃。
本发明的基本原理是将合金中可氢化的合金元素在一定氢气条件下发生反应，反应生成的金属氢化物在黄铜基体上弥散分布形成类似于铅的脆性颗粒，利用弥散分布的脆性颗粒产生的断屑效应来改善黄铜的切削性能。
本发明具有以下优点。
（1）本发明提出的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法可用于规模化生产，得到的含金属氢化物无铅易切削黄铜适用于金属加工领域，尤其改善了黄铜的切削加工性能。
（2）本发明采用金属氢化物替代铅，得到的含金属氢化物无铅易切削黄铜没有污染性，符合环保要求。
（3）该方法工艺简单，成本较低，所需的原料储备丰富，反应过程不会产生有害物质。
附图说明
图1为实施例1含氢化钛无铅易切削黄铜的XRD图。
图2为实施例1含氢化钛无铅易切削黄铜切削加工得到的切屑。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1。
所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征是在于包含氢化钛4wt%左右，余量为含锌量40wt%的铜锌合金。
制备方法按以下步骤：采用熔炼得包含4wt%钛元素的60黄铜，将该黄铜合金置于氢化炉中，氢压为0.2MPa，在500℃的温度下进行12h的氢化反应，使合金中的钛元素吸氢生成氢化钛，产物为含氢化钛无铅易切削黄铜。
实施例2。
所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征是在于包含氢化镁4wt%左右，余量为含锌量40wt%的铜锌合金。
制备方法按以下步骤：采用熔炼得包含4wt%镁元素的60黄铜，将该黄铜合金置于氢化炉中，氢压为1.5MPa，在常温下进行6h的氢化反应，使合金中的镁元素吸氢生成氢化镁，产物为含氢化镁无铅易切削黄铜。
实施例3。
所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征是在于包含氢化钒4wt%左右，余量为含锌量40wt%的铜锌合金。
制备方法按以下步骤：采用熔炼得包含4wt%钒元素的60黄铜，将该黄铜合金置于氢化炉中，氢压为0.1MPa，在常温下进行4h的氢化反应，使合金中的钒元素吸氢生成氢化钒，产物为含氢化钒无铅易切削黄铜。
对本发明实施例制备的含金属氢化物无铅黄铜的性能进行检测，方法如下。
1、切削性能试验。
切削性能的评价方法采用通用车床，车削时用统一车刀和车削方式，转速为 ，送进量为 ，切削深度，刀具前倾角为4度的车削工艺，分别对本发明实施例1～3制备的含金属氢化物无铅黄铜以及HPb59-1进行切削性能试验，分别收取各试样100个碎屑，测量出平均长度，用HPb59-1碎屑的平均长度分别除以各试样碎屑平均长度作为评价指标（HPb59-1切削指数按100%）。
2、力学性能试验。
将本发明实施例1～3制备的含金属氢化物无铅黄铜以及HPb59-1铅黄铜制成标准拉伸试样，用万能材料拉力试验机进行常温拉伸性能测试。
本发明实施例制备的含金属氢化物无铅黄铜与HPb59-1铅黄铜的性能如表1所示。
表1本发明实施例制备的含金属氢化物无铅黄铜和HPb59-1铅黄铜性能。
Figure 574932DEST_PATH_IMAGE002
从以上结果可以看出，本发明实施例制备的含金属氢化物无铅黄铜的力学性能优于HPb59-1铅黄铜；实施例1制备的含氢化钛无铅黄铜的切削性能要优于HPb59-1铅黄铜。
上述实施例只是对本发明的进一步详细说明，其目的在于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质进行的若干改进和修饰，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种含金属氢化物无铅易切削黄铜，其特征是包含1～15wt%金属氢化物。
2.权利要求1所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法，其特征是按以下步骤：在氢气条件下，使黄铜合金中可氢化的合金元素吸氢生成金属氢化物，最终得到含金属氢化物无铅易切削黄铜，其中原材料黄铜合金中至少有一种可氢化合金元素。
3.根据权利要求2所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法，其特征是所述氢化反应的氢压为0.1～10MPa。
4.根据权利要求2所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法，其特征是所述可氢化合金元素为稀土、钛、铁、钙、锆、镁或钒中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的含金属氢化物无铅易切削黄铜的制备方法，其特征是所述可氢化合金元素的氢化温度为25～600℃。
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